生物炭负载型纳米铁基材料对土壤中PBDEs吸附降解和生物有效性的作用机制

摘要

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.随着纳米零价铁技术的发展,越来越多的研究者将改性纳米零价铁,特别是纳米双金属技术应用于有毒有害污染物的修复.然而,纳米材料由于反应活性高,以及纳米尺寸效应等原因,易团聚和氧化,造成流动性和稳定性变差,反应活性下降.另外，由于纳米颗粒在修复过程中析出一定量的金属离子，以及有机污染物的降解中间产物具有一定的毒害性等原因，可能构成二次环境污染风险。因此，针对这些问题，在前期采用纳米Ni/Fe颗粒修复土壤中多溴联苯醚污染的基础上提出运用生物炭对其进行有效的修饰改性，以提高对多溴联苯的处理性能，拓宽其应用范围。此外，随着纳米技术的广泛应用，纳米材料不可避免地会进入到空气、土壤、水体等环境中，评估其环境效应和潜在的风险具有一定的现实意义。已有许多报道研究纳米材料的生物毒性。作为可以应用于土壤原位修复的纳米零价铁也极有可能存在生态毒性及其对修复环境可能带来的生态风险。因此，研究修复后土壤的植物毒害性，特别是植物对纳米Ni/Fe和PBDEs的吸收特性，以及PBDEs在土壤-植物体系中的迁移转化规律的研究，有助于纳米材料在土壤PBDEs修复中的应用。生物炭负载型纳米Ni/Fe双金属颗粒对土壤中BDE209的修复结果表明：纳米Ni/Fe负载于生物炭上改善了纳米颗粒的团聚现象，有效提高了BC@Ni/Fe的反应活性。在BC@Ni/Fe的作用下，土壤中BDE209的发生一系列脱溴反应，最终产物为BDE3，并推测出其脱溴途径，说明BC@Ni/Fe对土壤中BDE209是吸附和还原降解共同作用的过程，是逐步脱溴和多级脱溴共存的过程。此外，PBDEs和纳米Ni/Fe均对植物的生长表现出一定的毒性，但是从土壤解毒的角度上讲，经过BC@Ni/Fe修复后的土壤植物毒性得到降低，因此可表明利用BC@Ni/Fe复合材料去除土壤中BDE209这个修复方法是可行的。