《基於光譜學方法研究腐殖質氧化還原活性》是依託北京林業大學，由姜傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光譜學方法研究腐殖質氧化還原活性
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：姜傑
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
腐殖質結構複雜，具有氧化還原性，易與污染物發生反應，在土壤中可通過直接氧化還原或作為電子載體等多種途徑影響重金屬和有機污染的遷移轉化，加速或減緩有毒物質的釋放。腐殖質的電子載體性質和氧化還原能力取決於氧化還原官能團的性質和多寡。傳統的化學方法測定氧化還原能力方法繁雜，無法在污染土壤現場操作，並且無法反應腐殖質氧化還原反應的化學結構方面的信息。本研究創新性的設計了通過光學方法測定腐殖質（及腐殖質解離物質）氧化還原反應前後的光譜變化，結合腐殖質氧化還原能力的化學測定數據，腐殖質還原過程中產生自由基的量，判定其氧化還原官能團的量及在腐殖質分子上的結構分布。研究的目的是建立腐殖質氧化還原能力、氧化還原官能團含量和對污染物遷移影響之間的數量關係。研究對象主要包括各種類型土壤，主要目標土壤為富含強氧化還原活性的污染物的土源。
結題摘要
腐殖質是具有氧化還原活性的有機化合物廣泛存在於土壤，水體等自然環境中在生物地球化學循環中扮演重要的角色。腐殖質能夠被化學（H2）或微生物還原，還原過程中腐殖酸氧化還原官能團氧化電位的改變使得還原態腐殖酸具有更強的氧化還原能力。腐殖質的氧化還原能力取決於氧化還原電位分布範圍和氧化還原官能團。全面了解腐殖質分子結構與氧化還原活性及其氧化還原官能團，加深對腐殖質氧化還原能力的研究有助於啟動和預測污染物在土壤環境及污水處理系統中的電子轉移機制，以此為污染物在環境中的低毒性轉化或去除提供理論基礎和實踐指導。主要研究結果如下： 小分子量腐殖酸(Humic acids, HA)具有高的氧化還原能力，三維螢光光譜分析發現小分子量腐殖酸中主要的氧化還原螢光團為醌類螢光團，還原過程主要發生醌π-π* 到苯π-π* 的躍遷。HA低濃度範圍內隨濃度增加，HA芳香族化合物含量逐漸增加，粒徑逐漸減小。不同土壤腐殖酸氧化還原官能團原態和還原態時的氧化還原電位值分布在245 - -620 mV之間。標準腐殖酸PPHA的氧化還原電位原態下分布比較均勻，還原態PPHA易於被還原的官能團分布在其氧化還原電位大於0範圍。污泥HA還原後氧化還原電位升高。氧化還原官能團電位分布並不均勻，在-314 mV - 0 mV範圍內，污泥HA存在電子流動方向上得/失電子轉折點。污泥HA還原過程中有半醌自由基的生成。 腐殖酸在參與生物化學過程中存在許多的不確定因素，從而在整個土壤空間中考慮特定因素的腐殖酸（如分子量，粒徑，氧化還原電位分布）對污染有機物或是具有氧化還原活性的重金屬的遷移與轉化影響的研究尚不明確。其分子量的不確定是土壤污染化學發展中一個重要的阻礙因素.土壤分子量的大小又關乎腐殖酸分子結構（粒徑大小，形狀）及和官能團分布。腐殖質分子量及粒徑大小又決定了其在在土壤孔隙中運動規律，官能團分布影響著化學/微生物反應的速率與程度。深入研究腐殖酸在土壤空間環境中的化學特徵，時空分布性質和生物化學反應，揭示腐殖酸分子結構（分子量，粒徑，氧化還原電位）利用微生物/化學還原對污染物的遷移與轉化機制有十分重要的科學意義。
