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铁/镍双金属联合功能微生物对四溴双酚A的降解

17、土壤科学与环境健康 > 专题10：场地土壤与地下水污染修复

四溴双酚A (Tetrabromobisphenol-A, TBBPA) 是目前产量最大的溴代阻燃剂。由于其优越的阻燃性能和低廉的售价而被广泛应用于工业生产和日用品中。近年来，TBBPA在各种环境介质中被广泛检出，包括土壤，植物，动物，沉积物等，甚至屋内尘埃和衣物。毒理学研究表明，TBBPA可能对生物体产生肝肾毒性、免疫毒性、神经毒性和内分泌干扰特性等多方面的危害。该物质已被列入斯德哥尔摩公约优先监控名单。由此可见，TBBPA对环境和人类健康造成的影响和危害不容忽视，研发安全高效的TBBPA降解方法将十分必要。此前，即有相关研究报道过用纳米零价铁降解难降解有机污染物，如十溴二苯醚和TBBPA；亦有单独用微生物降解TBBPA见诸报道。
本研究探索出一种降解TBBPA的新技术——铁/镍双金属和功能微生物菌群的协同作用（图1）。在反应体系中，这种协同作用对TBBPA（2h 100%）和体系TOC（96h 94.5%）均有非常高的降解效率，且整个反应过程不产生高毒性物质，对 Vibrio fischeri的生长几乎没有抑制。
为了探究该协同作用机理，本研究对TBBPA降解过程和微生物群落变化进行了系统的分析。Fe-Ni双金属能作为电子供体促进微生物的生长，微生物能降低Fe-Ni双金属的氧化还原Eh。体系中检测到多种活性氧化剂(ROS)，包括超氧化物(O2-)、羟基自由基(OH·)和过氧化氢(H2O2) 。通过分析发现，由功能微生物作用而产生的过氧化氢(H2O2)可与Fe-Ni双金属所释放的Fe2+和少量Ni2+进行芬顿反应，产生羟基自由基(OH·)。猝灭试验表明，羟基自由基是促使TBBPA降解的主要活性氧化剂。
本研究采用UPLC/Q-TOF-MS对TBBPA降解中间产物进行了定性分析，并推导了TBBPA可能的降解途径。结果表明，TBBPA通过三类反应被降解，分别为还原脱溴、羟基化和β-断裂。微生物群落分析表明，Fe明显加速了TBBPA降解微生物(假单胞菌和酸菌孢菌等)的富集，进而促进了TBBPA的降解。本研究为TBBPA污染修复领域提供了新思路，具有较大的应用前景。