南湖新闻网讯（通讯员 李根） 近日，我校资源与环境学院土壤矿物与环境团队殷辉副教授在水体中有机污染物降解方面取得系列研究进展，开发了利用含铁矿物材料降解去除有机污染物的新方法。

农业生产中除草剂和规模化畜禽养殖中有机砷制剂的广泛使用，导致土壤和水体中有机污染日益严重。而这些有机污染物在常规污水处理中难以去除，需要通过高级氧化过程进行深度处理去除。针对通常采用的过渡金属离子活化过硫酸盐产生硫酸根自由基降解有机物过程中存在的问题，如过硫酸盐残留会导致水体二次污染、成本高、反应条件苛刻、有严格的pH限制、产生大量的金属活性污泥、活化剂回收利用困难等缺陷，本研究创新型利用来源广泛的天然含铁矿物材料作为活化剂、利用工业脱硫废弃物亚硫酸钙做为自由基来源，不仅在宽泛反应条件下对多种有机污染物如洛克砂砷、阿特拉津等具有较高的降解去除效果，而且变废为宝、以废治废、循环稳定性能好、具有较高的环境效益和经济效益。

铁是地壳中丰度第四的元素。各种含铁矿物如赤铁矿(α-Fe2O3)、菱铁矿(FeCO3)等储量丰富，具有广泛的潜在应用价值。本研究首先以环境中常见的半导体矿物-赤铁矿作为催化材料，模拟光照条件(氙灯)下，在宽泛的pH范围内(4-13)活化亚硫酸盐产生活性物种降解水体中的有机砷污染物—洛克沙胂。采用高效液相色谱、高效液相色谱串联质谱、电子自旋顺磁共振、X射线光电子能谱和淬灭实验等考察不同因素对降解效果的影响、对反应产物进行了鉴定分析、探讨了可能的反应机制。结果发现，该体系在酸性或中性条件下(pH 4-7)，硫酸根自由基是有机污染物降解的主要活性物种。而在碱性条件下(pH 8-13)，该体系对洛克砂砷亦具有较高的降解去除效果；利用甲基苯基亚砜作为分子探针，发现该体系中降解有机污染物的主要活性物种为高价铁(Fe(IV/V)) (图1)。创新型的利用亚硫酸钙的低溶解度特性，极大的抑制亚硫酸根离子与产生的活性物种的自淬灭副反应，显著促进活性物种对目标污染物的降解。发现亚硫酸钙多次添加模式比一次添加模式具有更好的有机污染物去除效果。将该体系置于太阳光照射下亦可实现对有机污染物的高效去除。

进一步开展了利用菱铁矿活化亚硫酸钙降解有机污染物的研究。该体系利用弱酸性条件下菱铁矿溶解释放的二价铁离子活化亚硫酸根产生硫酸根自由基实现对污染物的降解；反应过程中产生的羟基自由基亦对污染物降解有一定贡献。该体系能显著降低阿特拉津的毒性。利用采自陕西省大西沟的天然菱铁矿材料活化亚硫酸钙，对有机污染物亦具有较好降解效果和良好的循环稳定性 (图2)。

图1不同pH条件下，赤铁矿/亚硫酸盐/光照体系中产生不同活性自由基降解有机污染物的机理

图2天然菱铁矿活化亚硫酸钙降解阿特拉津的循环稳定性

该系列研究进展开发的高级氧化技术能够去除水体中多种有机污染物，具有较高的环境效益和经济效益，在污染水体的处理中具有广阔的潜在应用前景。研究结果分别以我校资源与环境学院硕士研究生李根和王成为共同第一作者，殷辉副教授为通讯作者；李根为第一作者，冯雄汉教授和殷辉副教授为共同通讯作者；李根和硕士研究生郭桠骞为共同第一作者，殷辉副教授为通讯作者，连续发表于环境化学领域期刊Chemical engineering journal上。依托相关内容已申请发明专利2项。我校资源与环境学院土壤矿物与环境团队刘凡教授、谭文峰教授、汪明霞教授等参与了研究。

资源与环境学院本科生金雅璇参与研究并发表的论文，获校2020年大学生创新创业“十佳作品”；资源与环境学院本科生张艺博、马美琛等依托已申请专利在第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛中以《光解净水∙摇砷一变——水体洛克砂砷污染光催化降解剂及降解方法的研发与推广使用》获湖北省铜奖。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和华中农业大学自主科技创新基金等项目的资助

审核人：殷辉

【英文摘要】

Employing sulfite to produce SO4•﹣has drawn increasing interests. However, the excess amount of aqueous SO32﹣quenches the SO4•﹣when utilizing Na2SO3 as the sulfite resources. The present study evaluated the degradation performance with atrazine (ATZ) as a model substance in the siderite/sulfite process by replacement of Na2SO3 with CaSO3. The results show that the present system works effectively towards ATZ degradation at an initial pH of 6, and the siderite/CaSO3 system performs much better than the siderite/Na2SO3 system due to the low solubility of CaSO3. An increase in siderite concentration slightly increases the degradation rate constant for ATZ. However, the change in CaSO3 dosage from 2 to 10 mM greatly decreases the ATZ degradation rate constant from 0.067 ± 0.003 min-1 to 0.021 ± 0.002 min-1. Based on the identified intermediate products, the possible ATZ degradation pathways were proposed. In addition, natural siderite can be used in the present system. Based on the facts that lots of research were performed with Na2SO3 to generate reactive species and the Ca2+ ion possesses some unique functions such as promoting the dewatering of activated sludge, the present research into CaSO3 activation can greatly advance our understanding of the mechanisms involved in sulfite activation and its further applications in wastewater treatment.

论文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719334229；

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472032252X；

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721034975。