《典型NAC/黏土礦物微界面吸附-還原機理、機制與調控研究》是依託華南師範大學，由吳宏海擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：典型NAC/黏土礦物微界面吸附-還原機理、機制與調控研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳宏海
- 依託單位：華南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
環境中硝基芳烴類化合物(NAC)廣泛存在，其危害性已對人類健康與生態安全構成威脅。黏土礦物廣泛分布，其表面異質性顯著，存在表面反應多樣性。許多研究表明，黏土礦物表現出很好的NAC吸附性能，並能顯著催化Fe（Ⅱ）對NAC的還原轉化。基於黏土礦物的上述環境特性，本申請項目擬開展典型NAC/黏土礦物微界面吸附-還原機理、機制與調控研究。採用批處理的實驗方法、運用現代譜學與微束技術，從巨觀和微觀兩個層次切入，系統考察蒙脫石等常見黏土礦物中NAC微界面吸附-還原機理、機制與調控規律，建立NAC吸附-還原轉化的熱力學與動力學模型，揭示黏土礦物中NAC吸附-還原轉化機制；同時分析表面疏水性、荷電性與羥基位密度等礦物學特徵參數對NAC吸附-還原轉化的影響，並確定黏土礦物表面異質性指數，以期查明適合於NAC污染治理的蒙脫石礦物類型及其礦物學特徵，從礦物層間到野外田間，可望形成礦物界毒害有機物治理的生態對策。
結題摘要
本項目以黏土礦物為研究對象，系統考查了蒙脫石(Mt)及其煅燒產物對兩種極性差異較大的非離子型有機物硝基苯（NB）與菲（PHE）的吸附性能及其影響因素。同時開展了Fe(II)/蒙脫石體系對硝基苯的還原轉化動力學研究。NB與PHE因在分子結構上的差異較大而各自表現出明顯不同的界面吸附行為。這些卻與蒙脫石層間電荷密度及其定位密切相關。蒙脫石表面荷電性調控的兩種有效方法：一是熱處理引起蒙脫石晶體結構改變、表面荷電性減弱、以及層間陽離子脫水作用加強。這些礦物學性質的變化促進界面吸附，可歸因於鍛燒蒙脫石層間或表面陽離子發生了部分或甚至完全脫水，並形成某種有利於NB或PHE吸附的結構形貌。二是通過替換支撐電解質類型及其離子強度調控吸附作用機理機制。研究表明，當鉀離子存在的條件下，蒙脫石及其煅燒產物(MMt)（煅燒溫度低於550 ℃）均能明顯提高其對硝基苯或菲的吸附量。鍛燒蒙脫石層間陽離子發生脫水作用，於是增強陽離子-硝基間的相互作用，從而實現對硝基苯的強化吸附。煅燒造成的表面淨電荷密度降低與疏水性增強，較之對NB的吸附，卻對菲的吸附有較大的促進。因此，Mt及其MMt對NB界面吸附機理以陽離子-極性作用機制為主，而以EDA作用機制為輔。Mt表面異質性對硝基苯類化合物吸附-還原轉化的調控，除了硝基苯類化合物性質之外，還明顯受到Fe(II)化學形態的控制。Fe(II)物種，除了結構態外，還有離子交換態和端面結合態。其中離子交換態Fe(II)因電位勢較高而不能有效還原NB。以往許多研究證實：只是結構態Fe(II)和端面配位結合態Fe(II)可以還原轉化硝基苯。本項目著重開展硝基苯還原轉化研究並取得了一些重要進展，從而為後續課題的開展奠定了重要基礎。硝基苯在蒙脫石表面上的吸附作用在一定程度上促進其後續的還原轉化，但只是影響到其還原轉化動力學快慢。需要特別多加注意的是，還原劑Fe(II)物種形態卻是一個重要的制約因素，從熱力學機制決定著還原轉化的可行性。
