利用基于腐殖化反应的双层反应墙系统修复地下水全氟化合物污染

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51178224
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
陆隽鹤
依托单位：
南京农业大学
学科分类：
E1007.环境污染治理与修复
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
孔德洋；罗朝晖；杨新萍；刘国强；夏青；王斌楠；周艳；
关键词：
地下水污染修复全氟化合物酶腐殖化反应

项目摘要

全氟化合物（PFC）作为一类新兴的持久性污染物，受到广泛关注，对这类污染物，目前还没有可行的处理办法。初步研究表明，PFC可以在过氧化物酶催化的腐殖化反应中降解，反应在温和环境条件下进行。本项目拟深入研究PFC在腐殖化反应过程中降解的机理和影响降解效率的关键因素，研究通过酶固定化技术和提供固体缓释氧化剂，在地下水环境下促进腐殖化反应的进行，以此为基础，建立双层反应渗透墙系统，用于地下水PFC污染的原位修复。本项目拟通过一个实验室小试系统，对双层反应渗透墙修复地下水中的PFC进行初步的可行性研究。本研究有望为环境污染的原位修复提供了一个全新的思路，不仅对PFC，也可为环境中其他有机污染提供廉价、高效的原位修复方案。

结项摘要

全氟化合物（PFC）作为一类新型的持久性污染物受到广泛关注。对这类污染物，目前还没有可行的降解技术。本项目首先研究了在一系列不同的反应条件下全氟辛酸（PFOA）在酶催化氧化耦合反应（ECOHR）系统中的降解行为。本研究测试了3种的酶，分别为辣根过氧化物酶、木质素过氧化物酶和漆酶；3种不同的mediator，分别是苯并三氮唑（HBT）、藜芦醇和对甲氧基苯酚。实验结果证明全氟辛酸（PFOA）在过氧化物酶或漆酶催化的氧化耦合反应过程中均有效降解。考虑到应用的便利性，我们选用漆酶-HBT系统进一步研究了PFOA的降解动力学和机理。.在漆酶-HBT反应系统中，PFOA的降解遵循一级反应动力学，当漆酶和HBT浓度分别为1U/mL和20mM条件下，降解半衰期为173天。由于漆酶并不能直接氧化PFOA，导致PFOA分解的活性物质是HBT和漆酶反应生成的HBT自由基中间体。溶液中的金属离子如Cu2+能够有效虽缩短带负电的PFOA和酶之间的距离，从而使增加酶蛋白释放的HBT自由基中间体和PFOA的反应几率，对PFOA的降解起到了关键作用。由于氧化耦合反应是自然界腐殖化过程中普遍发生，因此这是最接近环境条件的PFOA降解技术，而其它的PFC降解技术通常在极端条件下才能发生。. 降解从PFOA和HBT自由基中间体反应开始，在羧基上失去一个电子，然后发生Kolbe脱羧反应，脱去一个CO2分子，生成全氟庚烷自由基，接着水解转化为全氟庚醇，后者脱去一个HF中性分子生成成全氟庚醛，再次水解，生成全氟庚酸。然后继续通过这样一个反应循环，可生成碳链更短的全氟羧酸。由于溶液中有大量小分子的醇、酸化合物，这些化合我也能在氧化耦合反应过程中转化为自由基，后者和PFOA降解过程中生成的自由基耦合，因此，检测到的降解产物多为含有一个全氟的官能团的化合物。. 接下来利用层层组装技术，将漆酶负载的石英砂表面，制备了漆酶-石英砂颗粒，并和CaO2做成双层填充柱，模拟地下水双层反应墙系统，测试其去除PFOA的可行性。结果表面这一工艺对PFOA有一定的去除能力。和对照相比，PFOA在漆酶-石英砂柱的穿透要慢，并且反应柱流出液中PFOA含量较低。总体来说，PFOA的去除效果并不如土壤系统中明显，双层反应墙系统去除地下水中的PFOA还有更多优化工作有待进行。