《零價鋁協同過硫酸鹽降解溴代阻燃劑HBCD的效能與機理》是依託中國海洋大學，由楊世迎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：零價鋁協同過硫酸鹽降解溴代阻燃劑HBCD的效能與機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊世迎
- 依託單位：中國海洋大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
溴代阻燃劑六溴環十二烷（HBCD）在2013年被增列入《斯德哥爾摩公約》POPs黑名單，目前國內外仍缺乏有效的降解方法。受溴取代影響，HBCD具有接受電子還原降解的趨勢。零價鋁（ZVA，E0 = −1.66 V）是優良的電子供體，但在污染物去除領域的潛力尚未被充分開發。本項目通過ZVA的表面活化，先採用ZVA將HBCD還原脫溴，然後利用ZVA催化過硫酸鹽產生強氧化性的硫酸根自由基（SO4•-）將還原中間產物氧化降解，建立一種兩段式高效去除水中HBCD的新方法。研究內容包括：1、探討HBCD存在時ZVA的表面腐蝕反應過程，獲得適用於HBCD還原降解的ZVA活化方法和反應條件；2、考察HBCD的ZVA還原降解機理；3、闡明ZVA催化過硫酸鹽的自由基機理及其對HBCD的氧化性能；4、揭示ZVA還原與SO4•-氧化的協同機制。本研究可為水中新興污染物HBCD的去除提供理論和技術參考。
結題摘要
具有極強還原性能的零價鋁（Zero-Valent Aluminum，ZVAl）在污染物去除領域具有巨大的潛力。但是，ZVAl表面極易被氧化形成的緻密氧化層從而阻礙其還原性能的發揮，這成為該技術發展的限制因素。為此，本項目首先和重點研究了ZVAl氧化層破壞方法與表面腐蝕機制。研究發現，採用碳酸鹽緩衝體系能有效且無誘導期地對mZVAl（微米級）表面腐蝕並實現污染物的降解。目前ZVAl在近中性（pH 4 ~ 9）的還原能力尚被懷疑，我們發現nZVAl（納米級）在廣泛pH範圍（pH 2~12）包括中性條件下（pH 7）維持低氧環境時，也可以實現污染物的高效還原去除，更加惰性的mZVAl（100 μm）甚至也能在低氧時實現表面活化。在反應中，核殼結構的ZVAl顆粒的鋁核心被腐蝕，生成Al（氫）氧化物，其表面的氧化膜並沒有被直接去除，而是生成一個更為粗糙的膜。在水介質中，O2、H2O和污染物存在明顯的競爭關係，可以捕獲ZVAl釋放的電子。緻密的氧化膜被水化作用破壞。當污染物競爭電子的機會增強，即使在近中性條件下，有效地還原反應仍可發生。機械化學球磨是一種快速簡單有效破壞ZVAl表面緻密氧化膜的好方法，對比mZVAl體系，採用NaCl輔助機械球磨活化後的mZVAl可以在廣泛pH範圍（3~11）內提高污染物的還原去除速率，初始pH 7時可提高近300倍。接著，在上述ZVAl表面活化和還原性能挖掘的基礎上，探討了過硫酸鹽（PS）存在下nZVAl表面腐蝕機理和電子遷移過程。PS/nZVAl體系無誘導期，二者共存時具有強烈的協同作用，PS促進ZVAl的表面腐蝕從而釋放更多的電子，而ZVAl能夠有效活化PS分解為強氧化性SO4•-和•OH自由基，從而實現污染物的氧化降解和礦化。最後，研究發現促溶劑/水相體系中的六溴環十二烷（HBCD）可以被ZVAl有效還原降解（可達100%），實現完全脫溴，但需經歷較長的誘導期（發生水化作用破壞表面氧化膜）。而該體系中的HBCD並不能被nZVAl/PS氧化降解。ZVAl聯合PS的先還原後氧化良好的協同性能值得進一步探索。總之，基於ZVAl的還原或氧化技術正在發展成為一種新興的水處理技術，本項目研究成果可為其提供重要的理論和技術支持。
