使用负载过碳酸钠和Fe(II)的硅溶胶对受柴油污染的土壤进行修复效果的评估

《Process Safety and Environmental Protection》：Evaluation of diesel-contaminated soil remediation using silica sol loaded with sodium percarbonate and Fe(II)

柴油污染土壤修复中，开发了基于硅胶溶胶（SIS）的持续释放材料SPC-SIS和FS-SIS，通过调节Na2CO3·3H2O2与FeSO4的比例及载体复合，实现氧化剂缓释和协同催化作用，羟基自由基（·OH）主导降解过程，同时维持土壤理化性质稳定。

　　这项研究聚焦于柴油污染土壤的修复技术，提出了一种基于硅溶胶（SIS）的新型缓释体系，以克服传统氧化剂在土壤修复中的局限性。随着柴油在工业、交通运输等领域的广泛应用，其泄漏事故对环境造成的污染问题日益严重，尤其是在土壤中形成了持久的有机污染物。这类污染物由于其复杂的化学组成、疏水性以及低生物可利用性，使得现有的修复方法难以有效去除。因此，开发一种高效、稳定且具有环境友好性的修复策略成为环境科学领域的重要课题。

研究团队通过设计两种缓释材料：一种是基于过碳酸钠（SPC）的氧化剂（SPC-SIS），另一种是基于硫酸亚铁（FS）的催化材料（FS-SIS），来实现对柴油污染的持续氧化和高效去除。SPC是一种强氧化剂，其化学结构为2Na?CO?·3H?O?，具有广泛的环境应用潜力。然而，SPC在水中的分解速度较快，导致其反应活性物种释放迅速，难以维持长时间的氧化作用。为了解决这一问题，研究者利用硅溶胶作为载体，将SPC和FS进行包裹，从而实现其缓释。硅溶胶是一种由纳米级二氧化硅颗粒组成的胶体悬浮液，具有极高的比表面积和良好的化学稳定性，使其成为一种理想的缓释材料。

在缓释体系的设计中，硅溶胶不仅提供了稳定的物理结构，还通过其表面特性促进了SPC和FS的均匀分布。此外，研究团队在体系中引入了硅酸钠（SS）和柠檬酸（CA），这些物质能够调节反应环境的pH值，并帮助污染物的分离，从而优化修复效果。实验结果表明，当SPC、SS、FS、CA和SIS的摩尔比为1:0.5:1:1:1时，柴油的降解效率达到最佳。这种比例下的体系不仅保持了土壤的理化性质稳定，还显著提高了污染物的去除率。

研究团队还通过多种表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）结合元素映射、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS），验证了SPC和FS在硅溶胶基质中的有效分散。这些表征结果进一步支持了缓释体系的结构设计和功能实现。在机理研究方面，自由基清除实验和电子自旋共振（EPR）技术表明，羟基自由基（·OH）是柴油降解的主要活性物种，而超氧自由基（O??·）则参与了铁离子（Fe2?/Fe3?）的氧化还原循环，这有助于维持反应体系的持续性。

此外，研究团队探讨了缓释体系在实际环境中的应用潜力。与传统的化学氧化方法相比，这种基于硅溶胶的缓释体系具有更高的操作稳定性和更长的反应持续时间。其核心优势在于能够控制活性物质的释放速率，从而避免因反应过快而导致的氧化剂浪费或环境污染。同时，这种缓释体系的物理结构和化学性质使其在复杂土壤环境中具有良好的适应性，能够有效渗透到污染区域，实现对柴油污染物的深度降解。

在实验设计中，研究团队采用了多种方法进行优化，包括调整反应条件、控制反应时间以及分析不同比例下的修复效果。通过系统性的实验分析，他们不仅确定了最佳的材料配比，还验证了缓释体系在不同环境条件下的适用性。例如，在不同的pH值、温度和湿度条件下，SPC-SIS和FS-SIS均表现出良好的稳定性，能够维持较高的氧化效率。这种稳定性对于实际应用中的土壤修复工程尤为重要，因为环境条件往往复杂多变，影响修复效果。

为了进一步验证缓释体系的有效性，研究团队还进行了模拟实验，以评估其在实际土壤环境中的表现。实验结果表明，该体系能够在较长时间内持续释放活性物质，从而保持对柴油污染物的持续氧化作用。此外，该体系的物理结构和化学性质使其能够有效防止活性物质的过早流失，提高修复效率。这种特性使得SPC-SIS/FS-SIS体系在实际应用中具有更高的可行性，能够适应不同的土壤类型和污染程度。

在研究过程中，研究团队还关注了材料的制备方法和工艺参数。通过优化制备条件，如硅溶胶的浓度、SPC和FS的负载量以及反应时间，他们成功地合成了具有优异性能的缓释材料。这些材料不仅在实验室条件下表现出良好的性能，而且在实际应用中也具有较高的稳定性。此外，研究团队还分析了不同材料组合对修复效果的影响，以确定最佳的配比方案。

研究团队还探讨了该体系在环境中的可持续性和安全性。由于SPC和FS在水中的分解产物具有较低的毒性，因此该体系在使用过程中不会对环境造成二次污染。同时，硅溶胶的高比表面积和良好的化学稳定性使其在反应过程中能够有效吸附和固定活性物质，防止其扩散到周围环境中。这种特性不仅提高了修复效率，还降低了对生态系统的潜在影响。

此外，研究团队还考虑了该体系在不同应用场景中的适用性。例如，在污染较严重的土壤中，该体系能够提供更持久的氧化作用，从而实现对柴油污染物的深度去除。而在污染较轻的土壤中，该体系能够通过调节反应条件，实现对污染物的高效降解。这种灵活性使得SPC-SIS/FS-SIS体系能够适应不同的修复需求，提高其应用价值。

研究团队还分析了该体系在实际应用中的经济性和可行性。与传统的化学氧化方法相比，该体系在材料成本、操作难度和环境影响等方面均表现出优势。硅溶胶作为一种常见的工业材料，其制备成本相对较低，而SPC和FS作为常用的氧化剂和催化剂，其价格也较为合理。因此，该体系在实际应用中具有较高的经济可行性，能够推广到更广泛的环境修复项目中。

最后，研究团队总结了该体系在柴油污染土壤修复中的应用前景。通过系统的实验分析和表征研究，他们成功地开发了一种新型的缓释体系，能够在维持土壤理化性质稳定的同时，实现对柴油污染物的高效去除。这一成果不仅为柴油污染土壤的修复提供了新的思路，还为其他有机污染物的治理提供了借鉴。未来，研究团队将继续优化该体系的性能，探索其在更大范围内的应用潜力，以推动环境修复技术的发展。