1083 / 2019-07-13 18:21:15

土壤组分界面PAHs的非生物转化过程与机制

17、土壤科学与环境健康 > 专题1：土壤组分互作与界面过程：新理论、新技术、新方法

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是土壤环境中一类典型的毒性污染物[1]。进入土壤的PAHs会经历复杂的地球化学变化，而土壤中PAHs的非生物转化是影响其环境转归和稳定性的重要过程之一。基于土壤中粘土矿物的光化学和化学催化氧化过程被认为是环境中有机污染物非生物转化中主要的降解途径之一，可在很大程度上影响着表层土壤中污染物的转归。基于此，研究人员系统探讨了PAHs在粘土矿物表面的非生物氧化转化过程，主要包括化学催化氧化过程和光催化氧化过程。研究结果表面，在没有光照的条件下，多种PAHs分子可在Fe(III)或Cu(II)等过渡金属离子改性的粘土矿物表面发生催化转化，产物主要为醌基化或羟基化的PAHs，且伴随有持久性自由基的产生。这一催化反应过程不但与粘土矿物表面理化特性有关，而且与PAHs分子的性质相关，离域能相对较低的PAHs分子（如蒽、芘和苯并芘等）可发生降解和转化，而离域能相对较高的分子（如萘和菲）不能被转化，这可能是由于离域能相对较低的PAHs更容易提供电子于粘土表面的过渡金属离子，从而发生电子的转移，也促使了反应的进一步发生[2]。另一方面，在模拟太阳光的反应体系中，多种粘土矿物（包括高岭石、蛭石和蒙脱石等）均可对其表面PAHs有光催化氧化的作用，污染物分子（如，菲）可在数小时内被降解，直至完全矿化。且该光催化反应的速率不但与粘土矿物的结构特性有关系，而且与粘土矿物表面所交换的阳离子类型有较大关系，总的来说，Fe(III)和Al(III)饱和的粘土矿物较其它类型离子饱和粘土的光催化活性高[3]。这可能是由于粘土表面理化特性决定了PAHs与粘土矿物间的相互作用方式，从而影响了其在粘土表面的稳定性和光反应活性。此外，粘土矿物表面交换性阳离子的水化状态、交换性阳离子与有机质的络合情况等均对污染物的降解有较大的影响。此外，污染物分子在不同类型粘土或不同离子饱和粘土矿物表面的光解机理及所产生的强氧化自由基（如•OH和•O2-）的类型也有较大区别。