基于高级氧化技术对邻苯二甲酸二乙酯、草甘膦和四环素的去除研究

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由于地膜、农药和有机粪肥的广泛使用,农田环境中邻苯二甲酸酯、除草剂和抗生素的污染日益突显,严重威胁农田生态系统和食品安全,已成为制约现代农业可持续发展的环境问题之一。针铁矿/草酸/可见光(α-FeOOH/Ox/VIS)组成的光化学反应体系在自然环境中广泛存在,能显著影响水体和土壤等环境介质中有机污染物的迁移和转化。然而,由于各种有机污染物的结构和性质存在差异,导致各自在光化学反应体系的行为可能发生变化。为了弄清内在的影响机制,本文以邻苯二甲酸二乙酯(DEP),草甘膦(PMG)和四环素(TC)为目标化合物,考察了三种有机物在针铁矿-草酸-可见光条件下的降解性能,分析可能的内在机制;在此基础上,针对某些局部存在高浓度单一或复合污染的土壤,选用具有价格低廉、便于运输和稳定性好等优点的环境友好材料过氧化钙(CaO2),构建高级氧化反应体系,探究其对DEP,PMG和TC单一或复合污染的同时去除特性,为有机物复合污染土壤修复提供技术支持。主要研究结果如下:(1)α-FeOOH/Ox/VIS体系能实现三种有机物的高效去除,对DEP,PMG和TC的去除率分别达到87.1%,83.3%和99.7%。通过固相残留浓度分析进一步发现,α-FeOOH/Ox/VIS体系对DEP和TC能高效降解,而液相PMG的降低相当一部分是由于α-FeOOH的吸附作用,并非降解作用。(2)在α-FeOOH/Ox/VIS高级氧化体系中,DEP主要通过两种方式进行转化的,分别是·OH与DEP前驱体反应生成羟基化产物和酯基的水解氧化;PMG主要被·OH攻击的位置是两个C-N键,生成氨基甲基膦酸和氨基乙酸。TC的转化主要发生两个烯醇羟基上,都是双键打开加成一个羟基和羟基氧化为C=O键;(3)利用CaO2构建稳定高效的高级氧化体系,不受光照条件约束,可有效去除土壤中的三种目标污染物。施加25 mg·g-1 CaO2修复DEP,PMG和TC单一或复合污染污染的土壤,DEP和PMG分别能被降解60.0%和91.7%以上,TC则被降解完全;(4)在CaO2降解体系,DEP主要通过两个酯基的断裂和氧化实现降解;PMG受到攻击的位置是其C-N键。TC在·OH的作用下主要以两种方式转化:一是两个烯醇羟基依次双键打开加成一个羟基和羟基氧化为C=O键;二是直接发生脱酰胺基作用和开环反应等过程。
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