碱性活化过硫酸盐修复地下水中氯代有机污染物的效能与机制研究

本研究针对地下水中难降解的1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)和三氯乙烯(TCE)污染问题，通过碱性活化过硫酸盐(PS)氧化技术，系统探究了pH值、氧化还原电位(ORP)及阴离子对污染物降解的影响机制。研究发现碱性条件(pH>11)可显著提升1,2-DCA降解率(96%)但抑制TCE去除，并揭示硫酸根自由基(SO4·-)与羟基自由基(·OH)的协同作用，为氯代有机物原位化学氧化(ISCO)提供重要理论依据。

　　

研究背景与意义
氯代有机物如1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)和三氯乙烯(TCE)是地下水中常见的致癌污染物，传统修复技术存在效率低、二次污染等问题。过硫酸盐(PS)因其高氧化电位(E⁰=2.1 V)和宽pH适用性成为研究热点，但碱性活化PS对混合污染物的选择性降解机制尚不明确。台湾地区的研究团队针对这一科学问题，在《Sustainable Environment Research》发表了突破性成果。

关键技术方法
研究采用批次氧化实验结合电子顺磁共振(EPR)技术，设置pH梯度(3-13)和阴离子(Cl^-/CO₃^2-)浓度变量，通过气相色谱(GC-FID)定量污染物降解动力学，利用DMPO捕获自由基物种。

研究结果
3.1 pH对污染物降解的影响
碱性条件(pH 13)使1,2-DCA降解率提升至96%，但TCE去除率降至70%。动力学分析显示1,2-DCA在pH 13时速率常数(k=6.3×10^-6 s^-1)是pH 3的4.5倍，而TCE最佳降解发生在pH 3(k=2.5×10^-5 s^-1)。

3.2 ORP与pH的关联
pH每升高1单位，ORP降低49.9 mV，校正后碱性系统ORP仍高于非活化系统，证实·OH的氧化贡献。

3.3 自由基鉴定
EPR检测到pH 13时SO₄^·-和·OH共存，碱性条件通过反应S₂O₈^2-+OH^-→SO₄^·-+·OH促进自由基生成。

3.4 阴离子抑制作用
0.01 M CO₃^2-即显著抑制降解，其清除自由基能力(k=3.9×10⁸ M^-1s^-1)强于Cl^-。

3.5 污染物共存的竞争效应
1,2-DCA与TCE共存时，酸性条件优先降解TCE(100%)，碱性条件侧重1,2-DCA(70%)，显示自由基竞争机制。

结论与意义
该研究首次阐明碱性PS系统中pH-ORP-自由基的三角调控关系，揭示1,2-DCA通过脱氯反应(C₂H₄Cl₂+OH^-→C₂H₃Cl+Cl^-)生成致癌物氯乙烯(VC)的副反应路径，为复杂污染场地的pH选择性修复策略提供科学依据。成本分析显示处理1m³地下水仅需9-9.9美元，具有工程应用潜力。