《改性黏土礦物界面有機氯的非生物還原轉化機理研究》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：改性黏土礦物界面有機氯的非生物還原轉化機理研究
- 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
黏土礦物不僅分布廣，而且是污染場地修復中常見的重要地質材料，但在對Fe(Ⅱ)的還原催化中表現出不佳，歸因於黏土礦物強的離子交換性能。基於礦物表面反應性控制著界面作用模式，本項目針對性的提出對黏土礦物表面進行功能化改性，包括蒙脫石和沸石的鐵/鋁/鈦氧化物柱撐或羥基聚合物交聯，以及表面有機矽烷分子嫁接修飾。這些結構改性與表面修飾，不僅改變了黏土礦物表面反應性，而且增強了對Fe(Ⅱ)的吸附性能。因此，本項目的研究特色，運用礦物學理論與界面物理化學原理，並主要通過礦物結構與表面改性使黏土礦物界面性能得到改善，從而促進Fe(Ⅱ)/礦物界面系統對有毒污染物的還原去除。採用現代譜學與微束技術對改性產物進行表征，並考察改性產物對Fe(Ⅱ)和TCE的吸附特性及其對後續TCE界面還原轉化的影響，以揭示Fe(Ⅱ)/改性黏土礦物界面有機氯的還原轉化機制及其化學（Fe(Ⅱ)化學形態）與礦物學（表面反應性）調控途徑。
結題摘要
鐵物種在環境中廣泛分布並存在重要的Fe(III)/Fe(II)生物地球化學循環，但同時礦物表面對Fe(II)還原性能的增強又進一步促進Fe(III)/Fe(II)循環。基於黏土礦物的表面還原催化性能不太理想，通過系統前面的研究，本項目揭示黏土礦物的強離子交換性能及強固體表面Bronsted酸位是制約黏土礦物還原催化性能提高的關鍵因素。而且，通過表面改性結構改型降低黏土礦物的離子交換性能，引入表面配位結合吸附位點，就可以減少吸附態Fe(II)的結合態水，從而降低質子酸位密度，有利於Fe(II)的電子轉移出來。實驗研究表明，羥基鐵改性蒙脫石(Fe-Mt)產生優越的表面還原催化性能，相反，羥基鋁柱撐改性蒙脫石(OH-Al-Mt)的表面還原催化性能卻不理想。Fe(II)/Fe-Mt系統能夠迅速還原轉化鄰硝基苯酚，而OH-Al-Mt則出現抑制現象，反而不如蒙脫石原樣的好。羥基鋁蒙脫石熱處理產物可以增強Fe(II)的還原性能，如600℃煅燒產物的表面還原催化性能與γ-Al2O3的相當。在有機矽改性的增強效果方面，蒙脫石不如高嶺石的那樣好，巰基矽烷改性高嶺石對Fe(II)的表面還原催化性能卻有所提高。另一方面，電化學循環伏安法測定也證實了鐵改性蒙脫石的表面還原催化性能有明顯增強。 鐵/鋁比值對鐵鋁柱撐蒙脫石的還原催化性能有重要影響。通過對摻雜針鐵礦的還原催化性能對比研究發現，摻雜Al針鐵礦發生還原催化增強效應，而摻雜Cr、Mn過渡金屬的針鐵礦則出現抑制現象。鐵改性蒙脫石產生了層離結構，同時部分形成了類似針鐵礦結構的鐵氧化物，因此，鐵鋁柱撐蒙脫石具有較理想的還原催化性能。鐵鋁柱撐蒙脫石的Fe/(Fe+Al)比值高於0.4時，鐵/鋁改性改型蒙脫石表面的Lewis 酸位消失。也說明了鐵改性蒙脫石的催化性能增強的重要原因。有機酸產生的抑制效應隨pH的升高而增強。針鐵礦對有機酸的強吸附卻有利於在低pH時Fe(II)對污染物的還原轉化。在一定的pH值條件下，低分子量有機酸濃度升高有一個限值，超之則不利於污染物的還原轉化。鐵鋁改性黏土礦物有利於低有機質含量的紅壤中污染物還原轉化。可見，本項目研究，具有重要的科學意義和在土壤污染修復中套用前景深遠。
