廣州地化所揭示沉積物有機質的結構和微孔對過硫酸鈉降解苯并芘的機理
苯并芘（BaP）作為一種典型的疏水性有機污染物，由于其在環境中的難降解性及其對生物體的遺傳毒性和致癌性，一直受到人們的高度關注。對于水土中的各類有機污染物，當前廣泛應用高級氧化技術來去除。其中，SO4？？是近年來興起的一種高級氧化技術，其與？OH相比，具有受pH、溫度等因素影響相對較小、在環境中存在時間較長的優點，并逐漸成為一種可替代？OH的深度處理工藝。沉積物是環境中持水性有機污染物（POPs）最重要的匯。大量的研究已經表明，沉積物中有機質對POPs的吸附和解吸作用是控制著POPs在環境中的分配、遷移和歸宿的主要因素。但目前關于有機質的結構、微孔以及解析動力學對吸附的BaP高級氧化降解的影響、以及BaP高級氧化過程，氧化產物在沉積物中的歸趨等的研究都較少。
中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室卓陳雅博士和冉勇研究員等人，選擇珠江口和南海海域中的五個沉積物樣品，用過硫酸鈉作為氧化劑，用14C示蹤技術來研究不同沉積物吸附的BaP的解析情況以及受過硫酸鈉的氧化情況。同時采用先進的固態13CP/MAS NMR和CO2吸附技術對氧化前后樣品有機質的結構和表面特性進行表征，以了解難降解有機質的結構和微孔對BaP的解析以及氧化降解的影響，研究論文發表在近期的Water Research上。研究結果表明：過硫酸鈉會優先降解不穩定有機質（USOC）以及有機質上的芳香碳部分(Farom)，而氧化后殘留的穩定性有機質(STOC)富含脂肪碳(Faliph)。一級降解動力學模型可以很好的擬合過硫酸鈉對BaP的降解過程（R2>0.997）。從河口沉積物到近海沉積物，BaP最大解析值、降解百分比以及降解速率k（h-1）值逐漸降低，且與STOC含量、Faliph含量以及Vo呈顯著負相關。本研究的數據表明，過硫酸鈉首先降解從USOC解吸出來的BaP, 隨著氧化持續進行也會對STOC吸附的BaP進行部分降解，而解吸到水相中的BaP幾乎被完全降解。這項研究表明了有機質中的穩定性有機質、脂肪碳結構以及微孔體積對BaP的Na2S2O8氧化降解起到重要作用。研究結果可以為污染沉積物的BaP等有機污染的遷移、轉化、歸宿等提供科學依據，為污染沉積物的BaP等有機污染物的修復標準和修復技術等提供指導。研究結果發表在近期的Water Research國際期刊上。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135420301718?via%3Dihub
圖1. (a)不同沉積物中不穩定有機碳含量（USOC），穩定性有機碳含量(STOC)對總有機碳的相對貢獻值; (b)在14C-BaP降解實驗相同條件下的過硫酸根離子消耗動力學;(c) 實驗過程降中每個沉積物降解去除每毫克有機碳、脂肪碳或者芳香碳所需消耗的過硫酸根含量;(d) 在0.5 M的過硫酸鹽處理條件下，吸附在不同沉積物(A1、 A4、 E2、E3和E5)上的7-14C-BaP降解礦化成14CO2動力學
圖2. 五個沉積物(A1、A4、E3、E4 和 E5)樣品氧化前后去礦級分（DM）的13C NMR全碳譜：其中圖中細線代表CP/TOSS圖譜；圖中粗線代表CP/TOSS/DD。
圖3. 沉積物中14C-BaP最大降解礦化14CO2百分比和速率常數k (h-1)與穩定性有機碳（ST OC）、不穩定性有機碳（USOC）、 Faliph-bulk, alkyC-bulk、 Farom-oxidation 和aromC -C- oxidation的關系值。其中Faliph-bulk和alkyC-bulk分別代表氧化后沉積物有機質中的脂肪碳和烷基碳含量；Farom-oxidation 和aromC-C-oxidation分別代表氧化去除的芳香碳和非質子芳香碳的含量。
圖4. (a)放射性BaP標記的沉積物，在氧化744h后各項的最大氧化值和最大解析值；（b-d）沉積物中最大解析值分別于穩定性有機質（STOC）、脂肪碳（aliphtic）以及烷基碳(alkyC)部分的相對關系。
