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阿特拉津是一种在农业生产中广泛施用的除草剂,对一年生禾本科和阔叶杂草具有良好的防除效果。然而,阿特拉津通常会在土壤及地下水中残留,进而对环境质量和生物健康产生威胁。因此,快速的消减环境中残留的阿特拉津尤为必要。过硫酸盐高级氧化技术在有机污染物降解方面展现巨大的优势,因此本研究以生物炭(BC)为原料,成功制备了新型零价铁/生物炭复合材料(ZVI/BC)。在此基础上,重点研究ZVI/BC活化过硫酸盐(PS)氧化去除阿特拉津的效果与相关机制,考察ZVI/BC-PS体系修复阿特拉津污染土壤过程中对土壤p H、酶活以及细菌群落多样性的影响。主要研究结果概括如下:(1)利用SEM-EDS、TEM、BET、XPS、FTIR对ZVI/BC进行表征分析。结果表明,负载处理可使零价铁(ZVI)颗粒均匀分散在BC表面,ZVI/BC中的C元素和Fe元素的质量百分比为2:1。ZVI/BC的比表面积和孔体积分别为68.075 m2/g和0.043 cm3/g,孔径大小主要分布在<4 nm的尺寸范围内。此外,ZVI/BC表面上存在-COOH和-OH含氧官能团,且反应后的ZVI/BC中的ZVI消失。(2)水相中的阿特拉津去除试验说明:与ZVI相比,当ZVI/BC作为活化剂时,ZVI/BC-PS体系对25 mg/L的阿特拉津表现出较高的去除能力,去除率高达73.47%(15min)。利用响应面法(RSM)确定了去除阿特拉津的最佳反应条件:ZVI/BC添加量为175mg/L,PS浓度为2.0 m M,初始p H为3.0。在最佳条件下,阿特拉津在15 min内的实际去除率为89.68%(预测值为:85.23%),RSD为4.45%。(3)通过自由基猝灭试验和电子自旋共振(ESR)技术鉴定了阿特拉津氧化去除试验中起作用的自由基,结果说明硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(OH·)是ZVI/BC-PS体系中导致阿特拉津氧化降解的主要自由基。随着活化过程的进行,ZVI/BC-PS体系中的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的浓度在30 min内分别达到13.24 mg/L和11.19 mg/L,结果表明,阿特拉津在氧化过程中,体系中的ZVI参与反应,生成Fe(Ⅱ)的同时也促进了Fe(Ⅲ)的形成。根据GC-MS和LC-MS的结果推测出,阿特拉津在ZVI/BC-PS体系中的降解路径主要包括脱烷基化、烷基氧化和脱氯-羟基化三个过程。(4)土壤中阿特拉津去除试验的结果表明,不同ZVI/BC和PS投加水平条件下模拟污染土壤中阿特拉津(20 mg/kg)的消减速率存在显著性差异(P<0.05),其中T7(0.1%ZVI/BC+1.0%PS)处理对阿特拉津的去除率最高,3 d内可达到45.4%。相同反应过程中,T4(0.1%ZVI/BC+0.5%PS)处理对阿特拉津的去除率为27.0%。(5)ZVI/BC-PS体系显著降低了土壤p H值,T4、T7和T8(0.25%ZVI/BC+1.0%PS)处理的土壤p H值分别为6.8、5.7和6.1,说明T4处理对土壤p H的影响最小。CK、T4、T7和T8处理中的脲酶的活性分别为0.0326 mg·g·-1h-1、0.0269 mg·g·-1h-1、0.0184 mg·g-·1h-1和0.0194 mg·g·-1h-1,说明ZVI/BC-PS体系显著抑制了土壤脲酶的活性,而T4处理对脲酶活性的抑制作用最低。CK、T4、T7和T8处理中的碱性磷酸酶的活性为分别为523.64μg·g·-1h-1、470.93μg·g·-1h-1、454.11μg·g·-1h-1和464.36μg·g·-1h-1,说明ZVI/BC-PS体系对碱性磷酸酶的活性具有显著地抑制作用,其中T4处理的抑制作用最小。上述处理中β-葡萄糖苷酶的活性分别为222.64μg·g·-1h-1、237.18μg·g·-1h-1、248.89μg·g·-1h-1和260.71μg·g·-1h-1,说明ZVI/BC-PS体系对β-葡萄糖苷酶的活性具有促进作用,其中T4处理的影响最小。(6)本研究的结果表明,ZVI/BC-PS体系能影响土壤中细菌群落的多样性,且不同投加水平的ZVI/BC和PS对细菌群落的丰富度的影响不同,其中T7处理起促进作用,而T4和T8处理具有抑制作用。此外,ZVI/BC-PS体系能改变细菌群落的结构和组成。ZVI/BC和PS的投加增加了放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)的相对丰度,抑制了变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度。同时,ZVI/BC-PS体系能抑制土壤中鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和Gp4的相对丰度,对Gp6和芽单胞菌属(Gemmatimonas)具有促进作用。