【摘 要】
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土壤苯胺污染会导致严重的环境问题,迫切需要开展相关治理技术研究。基于过硫酸盐(PS)的化学氧化技术由于其易操作、成本低、周期短和效果佳等诸多优势在土壤污染修复方面具有重大的应用潜力,也是土壤苯胺污染治理的优选技术之一。目前PS氧化技术发展的重点集中在活化方式的选择,因此研发高效稳定的PS催化剂是该技术的关键需求。近年来,锰氧化物由于其环境友好,廉价易得以及催化性能优异备受关注,其中γ-MnOOH活
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土壤苯胺污染会导致严重的环境问题,迫切需要开展相关治理技术研究。基于过硫酸盐(PS)的化学氧化技术由于其易操作、成本低、周期短和效果佳等诸多优势在土壤污染修复方面具有重大的应用潜力,也是土壤苯胺污染治理的优选技术之一。目前PS氧化技术发展的重点集中在活化方式的选择,因此研发高效稳定的PS催化剂是该技术的关键需求。近年来,锰氧化物由于其环境友好,廉价易得以及催化性能优异备受关注,其中γ-MnOOH活化PS表现出较好的氧化效果,但是相关作用机制尚不清晰,亟待开展系统深入的研究。本研究采用一步沉淀法制备了催化材料γ-MnOOH并进行表征,通过一系列实验考察了γ-MnOOH活化PS降解水和土壤中苯胺的效能,探究了不同因素对γ-MnOOH/PS体系降解苯胺的影响,解析了γ-MnOOH/PS体系降解苯胺的主要活性氧物质,系统阐明了γ-MnOOH活化PS降解苯胺的作用机制。主要研究结果如下:(1)γ-MnOOH能够有效活化PS降解水中的苯胺。在温度为25℃、γ-MOOH投加量为1 g·L-1、PS浓度为2 g·L-1和初始pH值为7的条件下,水中苯胺(50 mg·kg-1)反应60 min后的降解率可达90%以上。苯胺降解率及反应速率随着PS浓度和γ-MnOOH投加量增加而增加。催化剂γ-MnOOH稳定性好,在重复利用五次时仍可有效活化PS降解溶液中的苯胺。(2)自由基淬灭实验及EPR分析结果表明,γ-MnOOH/PS体系降解苯胺的主要活性氧物质为单线态氧(~1O2)。羟基掩蔽实验及γ-MnOOH浸提液/PS体系降解实验表明在γ-MnOOH/PS体系中苯胺的降解主要发生在γ-MnOOH表面,其中羟基官能团发挥了重要作用。综合XPS分析、EPR分析和氧空位(Ov)掩蔽实验结果,解析γ-MnOOH活化PS的过程如下:首先PS与γ-MnOOH表面羟基结合发生氧化还原反应;同时Mn(Ⅲ)还原为Mn(Ⅱ),取代过程伴随着晶格扩张,部分晶格氧被释放转化为活性氧(O*),并在γ-MnOOH表面形成Ov,随后在Ov的存在下,PS和O*反应产生~1O2。(3)γ-MnOOH可有效活化PS降解土壤中的苯胺。在温度为25℃、γ-MnOOH投加量为4%、PS浓度为2 g·L-1和土水为1:2条件下,土壤中苯胺(300 mg·kg-1)反应60 min后去除率可达78%。土壤中苯胺降解率随PS浓度、γ-MnOOH投加量和土水比的增加而增加。自由基淬灭实验及EPR分析结果表?明土壤中降解苯胺的主要活性氧物质为~1O2。XPS分析、EPR分析和Ov掩蔽实验结果显示,γ-MnOOH活化PS降解土壤中苯胺可能的作用机制为:PS在γ-MnOOH表面发生氧化还原作用,部分Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅱ)的置换导致晶格中形成Ov与O*,O*与PS在Ov的作用下生成~1O2。苯胺污染土壤应用γ-MnOOH活化PS技术后,植物毒性明显降低。
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