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生物质诱导含铁矿物水热还原相变及其修复农田有机污染的机制

水热碳,异相芬顿,农田土壤有机污染,Fe(III)还原相变,不同结晶度含铁矿物

广东省耕地具有复种指数高，保育增产压力大、农药施用频繁等特点。特别地，在轮作体系下，由于上茬作物存在大量有机污染物残留，在下茬作物耕作前需要进行快速、高效的有机污染物去除。异相芬顿是经济有效的方法之一，但反应中Fe(III)的还原速率很低，如何将含铁矿物中的Fe(III)还原是异相芬顿催化技术的关键问题。另外，不同结晶度含铁矿物的理化性质，如抗酸性、表面活性位点和催化反应活性等也存在明显差异。本研究通过低温水热法活化不同结晶度的原生铁矿物和农林废弃物，原位诱导三价含铁矿物还原相变得到活性更强的二价含铁矿物和水热碳复合催化材料。通过X射线衍射（XRD）及X射线光电子能谱（XPS）对材料进行表征，结果表明，含铁矿物中的Fe(III)还原为Fe(II)，与强结晶相比，弱结晶铁矿物中Fe(III)更容易被还原，同时发生了相变，转化为草酸铁矿。在水相体系中，弱结晶施氏矿物与秸秆复合的水热碳在10min左右即可对双酚A实现100%降解，其催化芬顿反应速率是其他几种材料的10倍。在土壤体系中，其在24h内即可对异丙甲草胺实现84%的去除。本研究为解决“农田土壤有机物污染严重、农林废弃物大量堆积，和原生铁矿物储备量大但可利用性低”三大问题提供了有效策略，能够实现农林废弃物的资源化利用和农田土壤有机污染物的快速高效去除。