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多氯联苯(PCBs)是一类重要的持久性有机污染物(POPs),多具毒性,在自然环境中极难降解,滞留时间长,可在全球传输。比较其他处理方法,零价铁(Fe0)处理PCBs是目前一种快速、经济地降解污泥和土壤中多氯联苯的方法。本研究采用气相色谱-质谱联用仪和高效离子色谱仪为主要分析工具,首先合成制备了3,3’,4,4’-四氯联苯(BZ#77),进而研究如何利用还原铁粉和铁的双金属进行还原脱氯土壤中的混合多氯联苯,最后采用纳米铁及纳米钴/铁在溶液体系中还原脱氯BZ#77,探讨脱氯的途径及机理。研究结论如下:
1.利用Ullmann偶合反应,通过铜粉催化1,2-二氯-4-碘苯制备BE#77是可行的,产率约为10%。10g 1,2-二氯-4-碘苯经反应提纯可制备0.5g的BZ#77。
2.在土壤脱氯反应体系里,用有机溶剂萃取多氯联苯的一次萃取效率只有58%,萃取效率不高、随机误差大,并且多氯联苯的同类物彼此之间理化性质差异小,难以对其进行准确的分析;而采用水溶液提取氯离子的提取率极高,重复性好,可用离子色谱法准确地对其进行定性与定量分析。
3.当土壤中混合PCBs浓度为5000mg/Kg时,零价铁或者镍(Ni)铁双金属都有明显的脱氯效果;当PCBs浓度降低为1000mg/Kg时,只有钯(Pd)含量为0.05%的钯铁处理有显著的脱氯效果。
4.常温常压下,土壤温度小幅度升高,或者简单加入醋酸、活性炭、石墨以及硫粉均不能提高零价铁的脱氯效果。添加水和硫粉厌氧培养5天,使土壤氧化还原电位降低后,含铜(Cu)为2%的铜铁处理及含钴(Co)为1%的钴铁处理均可使土壤中的PCBs有明显脱氯效果。
5.在1:1乙醇/水体系里,10mg/L的BZ#77能被纳米级Fe、Ni/Fe、Co/Fe双金属还原脱氯,Co/Fe效果最好。溶液初始pH较低时,有利于纳米Co/Fe脱氯除去溶液中的BZ#77,而溶液的离子强度对脱氯反应影响不显著。
6.在5.0g 100mg/Kg BE#77的模拟污染沙土中,厌氧条件下加入0.5g纳米Co/Fe,反应10天后11%的BZ#77被脱氯,添加乙醇可使脱氯率增加到25%,但仍不能完全脱氯。
7.纳米Co/Fe还原脱氯BZ#77是逐步进行的,先脱去一个氯原子生成三氯联苯,继续脱氯成二氯联苯、一氯联苯,最终产物为联苯;在氘重水体系的脱氯实验中,发现脱氯产物含有氘,证明脱氯反应需要氢参与,水是氢的来源。