《生物炭對水環境中氯代脂肪烴脫氯轉化的影響機制研究》是依託福建師範大學，由陳衛鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物炭對水環境中氯代脂肪烴脫氯轉化的影響機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳衛鋒
- 依託單位：福建師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氯代脂肪烴作為一類分布範圍廣且環境危害大的有機污染物，其環境行為和修復手段受到廣泛關注。生物炭具有優良的吸附性能，同時表面官能團以及電子傳遞作用使其還具有催化活性，然而，這些特性能否使生物炭在吸附氯代脂肪烴的同時促進其降解，還尚未明確。因此，本項目將開展生物炭-水體系中氯代脂肪烴水解脫氯氫和硫化物還原脫氯的研究，結合不同類型生物炭表面物理化學性質(表面官能團、電導率、孔結構和表面金屬元素等)的表徵結果，揭示生物炭影響氯代脂肪烴脫氯轉化的構-效關係；根據生物炭對氯代脂肪烴的吸附結果，探明生物炭吸附強度和不同結合點位對氯代脂肪烴脫氯轉化的作用機制；通過改變水環境因素，明確不同水環境因素(pH、金屬離子和可溶性有機質)對氯代脂肪烴在生物炭-水界面上脫氯轉化的作用機制。綜上，本項目將闡明生物炭影響氯代脂肪烴脫氯轉化的機制，為生物炭用於水環境中氯代脂肪烴的原位吸附-降解提供科學依據。
結題摘要
本項目在不同熱解溫度(150~900 °C)和限氧條件(空氣限制和氮氣流條件)下製備了一系列不同性質的生物炭，將生物炭進行去灰分處理，並對原始生物炭和去灰分生物炭的物理化學性質進行了系統的表征。同時，比較了它們吸附氯代烴以及介導氯代烴脫氯的差異，進而揭示了生物炭的碳形態結構、含氧官能團、無機組分(灰分)等對生物炭吸附氯代烴和介導氯代烴脫氯降解的影響機制。結果表明：低溫(300~400 °C)熱解生物炭中未炭化有機質的強分配作用，以及高溫熱解(900 °C)生物炭發達的微孔結構的孔填充作用，使它們對氯代烴的吸附強於中等溫度(500~800 °C)熱解的生物炭(吸附作用主要是表面疏水性作用)。生物炭的無定形碳結構對強極性氯代烴(1,1,2,2-四氯乙烷)或強疏水性氯代烴(1,3,5-三氯苯)的吸附比相對低極性和低疏水性的氯代烴(γ-六氯環己烷)的吸附更有利。灰分通過占用吸附點位和阻塞孔結構會降低生物炭的吸附能力。表面氧和氮原子對具有發達孔隙結構的生物炭吸附氯代烴的抑制能力要強於非多孔碳基材料。生物炭上表面的含氧官能團(羧基和酚羥基)在鹼性條件下去質子化形成帶負電荷的共軛鹼(–COO-和ph–O-)，形成的共軛鹼作為親核試劑能夠促進吸附態1,1,2,2-四氯乙烷的脫氯氫反應。同時，高溫(900 °C)熱解的生物炭由於具有發達的微孔結構，會阻止OH-進入微孔與被吸附的1,1,2,2-四氯乙烷發生親核反應，從而抑制1,1,2,2-四氯乙烷的脫氯氫。因此，低溫熱解的生物炭具有高含量的含氧官能團以及低孔隙度更適用於促進氯代烷烴的親核脫氯氫降解(水解)。低溫熱解生物炭(400 °C)無介導有機污染物還原的能力。越高溫度(600~900 °C)熱解的生物炭因為石墨化程度越高，電子傳遞能力越強，其介導有機污染物還原的能力越強。去灰分增強了生物炭吸附有機污染物的能力，從而促使更多的有機污染物分子被生物炭介導還原。因此，高溫去灰分生物炭更有利於介導氯代烴的還原降解。已發表學術論文7篇，其中SCI 論文6篇，中文1篇。
