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四溴雙酚A（TBBPA）、六溴環十二烷（HBCD）和十溴聯苯醚（decaBDE）是世界范圍內產量最大、應用最廣的三種典型溴代阻燃劑（BFRs），具有環境持久性、長距離遷移性、生物富集性及生物毒性，對人體和環境健康構成嚴重威脅。這三種典型BFRs疏水性強，容易吸附和蓄積在地表土壤和水體沉積物中，其在土壤/沉積物中的自然衰減過程引起了國內外研究人員的廣泛關注。生物降解與非生物轉化是BFRs在土壤/沉積物中自然衰減過程的重要組成部分。已有的研究主要集中在BFRs的生物降解上，而對BFRs的非生物轉化尤其是還原條件下的非生物轉化的研究很少。
近期，中國科學院廣州地球化學研究所博士研究生李丹在導師彭平安和鐘音的指導下，在硫化亞鐵（FeS）和硫化零價鐵（S-nZVI）體系下典型BFRs的還原轉化研究方面取得進展。硫化亞鐵（FeS）是一種重要的還原性礦物，主要分布在缺氧的自然環境中，如土壤、底泥和沉積物等。它是由硫酸鹽還原菌產生的S2-與環境中普遍存在的鐵物種（如溶解態Fe2+、鐵氧化物等）反應而形成的。據研究報道，FeS在底泥中的含量可以高達0.37 wt%干重。另外，在人工環境中如零價鐵（nZVI）反應滲透墻也普遍存在FeS。另一方面，硫酸鹽還原菌的作用和溶解態S2-的輸入使得nZVI表面形成FeS薄膜而產生硫化零價鐵（S-nZVI）。研究結果顯示，FeS對decaBDE和TBBPA的還原轉化不顯著，但能顯著還原轉化HBCD，使得HBCD發生雙溴消除反應，逐步轉化成為四溴環十二碳烯、二溴環十二碳二烯和環十二碳三烯。固體表征分析證明FeS固體表面上的Fe(II)和S(-II)均參與了HBCD的還原轉化。此外，HBCD的還原轉化過程符合假一級反應動力學模型，當FeS與HBCD的濃度比為2.3時，HBCD的轉化達到最佳效果。此研究的結果不但提高了人們對HBCD在富含FeS環境下的自然衰減過程的認識，也為還原環境中HBCD的污染治理提供了理論依據。
雖然在FeS體系下TBBPA的還原轉化并不明顯，但在nZVI和S-nZVI體系下TBBPA可以被迅速還原轉化。在S-nZVI體系下，TBBPA發生完全脫溴生成非溴代產物雙酚A（BPA），反應過程遵循假一級反應動力學模型。在nZVI體系下，TBBPA不能完全脫溴生成BPA，轉化速率顯著低于S-nZVI對TBBPA的轉化速率。固體表面分析和電化學分析的結果顯示，FeS減少了S-nZVI顆粒之間的聚集作用，增加了S-nZVI的比表面積，加快了S-nZVI表面的電子傳遞速率。同時，FeS表面疏水性強，有利于TBBPA吸附在S-nZVI表面，從而加快TBBPA的轉化速率。此外，與nZVI相比，S-nZVI具有較長的壽命和較高的重復使用率，這可能是因為S-nZVI表面的FeS具有較強的水穩定性，能夠阻止S-nZVI與水反應，延長S-nZVI的壽命，增加重復使用率。研究結果表明S-nZVI作為一種新型納米材料有望應用于TBBPA污染環境的修復。
相關研究成果于近期發表在國際期刊《水研究》（Water Research）上，該項研究得到國家自然科學基金（Nos. 41120134006、 41173111、41473107）的資助。 |
