修饰型纳米零价铁修复多溴联苯醚污染土壤与植物毒性效应的研究

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多溴联苯醚(PBDEs)的大量使用,在典型区域和局部地区(如贵屿、台州、清远)已造成土壤严重污染,备受国内外关注。多溴联苯醚的土壤修复技术已成为环境研究中的热点之一。纳米零价铁由于还原性强、比表面积大等优点而受到许多学者的青睐,目前已成为有潜力的土壤有机污染物原位修复技术之一,然而其在土壤环境中对PBDEs的修复却未见报道。由于纳米零价铁可能潜在的生态毒性及其对修复环境可能带来的生态风险,因此,利用修饰型纳米零价铁对土壤中PBDEs的修复以及评价修复后土壤的植物毒性效应,对提高其在环境修复中的应用具有重要意义。  本文分别采用催化金属修饰和载体修饰两种不同修饰方法对纳米零价铁进行修饰改性,研究了所合成的修饰型纳米零价铁对土壤中十溴联苯醚(BDE209)的去除效果,通过改变不同的实验条件,考察不同因素对其去除效果的影响。同时,利用气质联用、溴离子分析,对修饰型纳米零价铁降解土壤中BDE209的机理和去除机制进行初步探讨。最后利用温室土培植物毒性效应实验研究,对土壤中纳米零价铁修复方法进行评价。  研究发现,纳米Ni/Fe双金属能够有效地对土壤中BDE209进行降解,且去除过程符合降解一阶动力学。在本实验条件下,pH为5.6时去除率达到最高,并且去除率随着材料的投加量的增加,BDE209初始浓度的降低和镍负载量的提高而提高。产物分析和溴离子浓度的实验结果表明,土壤中纳米Ni/Fe对BDE209降解是逐级脱溴过程,最终产物为BDE7。其去除机制,可以总结概括为两个过程,分别为传质过程和反应过程。  文章结合实际应用和需要,通过白菜生物量、发芽率、茎和根伸长、Ni和Fe的吸收以及抗氧化防御系统酶SOD、POD和CAT活性对比可知,经过纳米Ni/Fe双金属修复后的土壤相比于未修复的土壤植物毒性效应在一定程度上降低了。因此表明利用纳米Ni/Fe去除土壤中BDE209这个修复方法是可行的。  利用硅砂柱穿透实验证明了SiO2@FeOOH@Fe具有比纳米零价铁更高的流动性能更适合于土壤原位修复。且对土壤中BDE209的去除过程也符合一级动力学模型。反应动力学常数随着投加量和土壤含水率增加,BDE209初始浓度的降低而增加,以及适当的pH有利于SiO2@FeOOH@Fe去除土壤中BDE209。最后通过植物毒性效应研究(白菜生物量,发芽率,根和芽长等指标)实验表明,在修饰型纳米材料SiO2@FeOOH@Fe的作用下,BDE209污染土壤的毒性得到进一步的降低。
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