R-萘丙酰胺通过对映体特异性的营养物质相互作用，促进除草剂诱导的拟南芥（Arabidopsis）中镉的积累

《Journal of Environmental Sciences》：R-napropamide drives herbicide-induced cadmium accumulation in Arabidopsis via enantiomer-specific nutrient crosstalk

农药污染地下水中的未知氮杂环化合物通过LC-HRMS和非靶向筛选技术鉴定，2-氨基苯并咪唑（2-AB）和2-羟基苯并咪唑（2-HB）为高浓度目标污染物。铁掺杂木炭（BC5-Fe-800）在800℃、木炭与铁质量比5:1条件下实现2-AB和2-HB近100%高效去除，COD去除率达99.49%，再生5次后吸附效率仍超95%。吸附机制包括静电吸附、π-π相互作用、氢键等。

　　本研究聚焦于农药污染地下水的治理难题，探讨了一种基于铁掺杂生物质炭的高效去除技术。农药污染源通常含有高浓度的污染物，其中包括多种未知的含氮杂环化合物。这些污染物在自然环境中可能通过土壤垂直迁移和地下水径流进行扩散，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。因此，识别这些污染物并设计针对性的治理材料，对于地下水修复具有重要意义。

为了有效处理农药污染地下水，本研究采用了液相色谱-高分辨率质谱（LC-HRMS）技术对地下水污染物进行了分析。非靶向筛查方法被用于识别和优先排序污染物，以明确治理的重点。在实验过程中，研究人员通过一步热解法制备了铁掺杂的木屑生物炭，评估了其关键热解参数对污染物去除效果的影响。结果显示，通过非靶向筛查共识别出36种污染物，其中2-氨基苯并咪唑（2-AB）和2-羟基苯并咪唑（2-HB）因其高浓度被选定为治理目标。在最佳条件下，BC5-Fe-800（即木屑与铁的质量比为5:1，热解温度为800°C）对2-AB和2-HB的去除率分别达到100%和99.89%，同时对化学需氧量（COD）的去除率也达到了99.49%。

为进一步揭示铁掺杂生物炭的吸附机制，研究团队采用了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）以及密度泛函理论（DFT）计算等手段。分析表明，铁掺杂生物炭的主要吸附机制包括静电吸附、π-π相互作用、氢键作用、表面络合以及疏水分配作用。这些机制共同作用，使得生物炭在处理复杂污染物时表现出优异的性能。

此外，研究还评估了铁掺杂生物炭的可重复使用性。实验数据显示，BC5-Fe-800在五次连续再生循环后，对2-AB和2-HB的去除效率仍保持在95%以上，显示出良好的稳定性和再生能力。这一特性对于实际应用中的地下水治理尤为重要，因为高效且可持续的材料能够显著降低治理成本，提高治理效率。

本研究在实际农药污染场地中收集了木屑生物质，并获取了受污染的地下水样本。地下水样本的化学需氧量为870 mg/L，pH值为8.3，主要离子浓度详见补充信息（附录A 表S1）。实验中使用的试剂包括二水合氯化亚铁（FeCl?·4H?O，纯度>98%）、六水合氯化铁（FeCl?·6H?O，纯度>99%）、甲醇（CH?OH，色谱纯）以及乙腈（C?H?N，纯度未明确）。通过非靶向分析，研究人员在去除甲醇背景峰后，共捕捉到395个特征峰。进一步匹配参考库后，确定了36种污染物，其中7种符合非靶向筛查技术的一类标准，29种符合二类标准。这些结果表明，农药污染地下水中的污染物组成复杂，包含多种未知化合物，这对治理提出了更高的要求。

在研究过程中，团队采用多种分析方法，包括靶向和非靶向技术，以识别农药污染地下水中的目标污染物。非靶向筛查技术能够提供更全面的污染物信息，有助于确定治理优先级。同时，靶向技术可以对特定污染物进行精准分析，为治理方案的制定提供依据。研究人员还对铁掺杂生物炭在不同热解温度下的理化性质进行了分析，评估其对污染物的去除效果。结果显示，BC5-Fe-800在800°C热解条件下表现出最佳的吸附性能，这与其丰富的孔隙结构和稳定的零价铁颗粒密切相关。

在治理机制方面，研究重点探讨了铁掺杂生物炭对苯并咪唑类污染物的去除过程。通过实验分析，研究人员发现2-AB和2-HB的去除过程符合伪二级动力学模型，说明吸附过程具有一定的速率依赖性。此外，铁掺杂生物炭的吸附能力与其表面官能团的种类和数量密切相关，而这些官能团的引入可以通过热解条件进行调控。因此，通过优化热解参数，可以进一步提高生物炭的吸附性能，使其更适用于复杂污染物的处理。

本研究还关注了铁掺杂生物炭的可重复使用性。在实际应用中，地下水治理材料需要具备良好的再生性能，以确保其在长期使用中的稳定性和经济性。实验结果显示，BC5-Fe-800在五次连续再生循环后，对2-AB和2-HB的去除效率仍保持在较高水平，表明其具有良好的稳定性。这一特性对于大规模地下水治理项目尤为重要，因为可重复使用的材料能够显著降低治理成本，提高治理效率。

综上所述，本研究通过非靶向筛查技术成功识别了农药污染地下水中的多种污染物，并选择了具有代表性的目标污染物进行治理。铁掺杂生物炭作为一种高效的吸附材料，不仅在污染物去除方面表现出色，还具备良好的可重复使用性。这些发现为农药污染地下水的治理提供了新的思路和技术支持，也为其他复杂污染物的处理提供了借鉴。通过优化热解参数和表面官能团的种类，可以进一步提高生物炭的吸附性能，使其在实际应用中更加高效和经济。未来的研究可以进一步探索铁掺杂生物炭在不同污染环境中的适用性，并优化其制备工艺，以提高其在实际应用中的稳定性和再生能力。