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纳米硫化零价铁还原转化新型持久性有机污染物获进展

2017.7.13

　　六溴环十二烷（HBCD）是目前应用最广的添加型环烷烃类溴代阻燃剂，主要应用于聚苯乙烯泡沫、纺织品、电缆线和电子产品的阻燃。随着HBCD的大量生产和广泛应用，人们已经在各种环境介质中（包括大气、水体、土壤、沉积物、生物体以及母乳等）频繁地检测出高浓度的HBCD。HBCD具有持久性、生物蓄积性和生物毒性等持久性有机污染物（persistent organic pollutants, POPs）特征，在2013年5月被列入《关于POPs的斯德哥尔摩公约》附件A中，成为新增受控POPs。因此，亟需发展高效控制和治理HBCD污染的新技术和新方法。

　　纳米硫化零价铁是一种硫化物包裹零价铁的新型纳米复合材料，具有强还原性和水稳定性，已被报道可以有效去除重金属、放射性元素以及氯代有机溶剂等多种污染物。然而，关于纳米硫化零价铁是否能还原转化各种POPs（如HBCD）并不清楚。近期，中国科学院广州地球化学研究所博士研究生李丹在导师彭平安和钟音的指导下，深入研究了纳米硫化零价铁对HBCD的还原转化效率和机制。研究系统比较了纳米硫化零价铁和三种典型还原剂（即纳米零价铁、硫化亚铁、硫离子）还原转化HBCD的动力学及转化途径。结果显示，纳米硫化零价铁对HBCD及其三种同分异构体的还原去除速率显著高于三种典型还原剂（图1）。特别地，α-HBCD的结构对称、稳定性强、难降解，容易在环境和生物样品中富集，但纳米硫化零价铁对α-HBCD的转化速率是其它三种还原剂转化α-HBCD的速率的2-15倍。HBCD在纳米硫化零价铁作用下能发生双溴消除反应（图2），逐步转化成为四溴环十二烷碳一烯（TBCDe）和二溴环十二碳二烯（DBCDi）。通过对反应前后纳米硫化零价铁固体表面特征分析，揭示了纳米硫化零价铁表面的FeS不仅能作为催化剂加快反应速率，还能直接参与HBCD的还原转化，进一步促进HBCD的去除。研究还系统分析了各种环境因子对纳米硫化零价铁还原转化HBCD的影响。研究结果为将纳米硫化零价铁应用于受HBCD等POPs污染的厌氧环境的实际修复奠定了理论基础。

　　相关研究成果于近期发表在国际期刊Water Research上，该项研究得到国家自然科学基金（Nos. 41120134006, 41473107和41103056）的资助。

　　论文信息：Li, D., Zhu, X., Zhong, Y.*, Huang, W., Peng, P. A. (2017). Abiotic transformation of hexabromocyclododecane by sulfidated nanoscale zerovalent iron: kinetics, mechanism and influencing factors. Water Research, 121, 140-149.

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图1 纳米硫化零价铁对HBCD及其三种同分异构体的转化动力学

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图2 纳米硫化零价铁对HBCD的转化途径和反应机制

纳米硫化零价铁

广州地球化学研究所

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纳米硫化零价铁还原转化新型持久性有机污染物获进展

周锦帆