摘要
硒元素是人和动物所必须的微量元素之一，对人体健康具有重要意义。在土壤环境中，硒元素主要以亚硒酸盐(Se(Ⅳ))和单质硒(Se(0))等不同形态存在，相互之间可以通过氧化还原反应发生转化，影响土壤中硒的迁移、归趋及生物有效性。生物炭因其制备流程简单，应用成本低廉而在污染土壤修复和改良土壤肥力等领域具有巨大的应用潜力。近年来的研究表明，生物炭基质可直接参与电子传递，其丰富的表面官能团具有良好的氧化还原性质，可以介导微生物还原赤铁矿和多种有机及重金属污染物。然而，目前有关生物炭对硒元素氧化还原转化的影响却鲜有报道。本文针对氧化还原活性生物炭介导微生物还原亚硒酸盐及驱动硒单质氧化开展研究，探索氧化还原波动条件下生物炭对硒元素转化的促进作用。 研究表明，不同热解温度(300℃-700℃)条件下制备的生物炭均能够加速ShewanellaoneidensisMR-1与Se(Ⅳ)之间的电子传递，促进Se(Ⅳ)的生物还原。其中，在700℃条件下热解制备的生物炭，浓度为2.0g/L以及平均粒径为0.1-0.6μm时，对生物还原Se(Ⅳ)的促进效果最为显著。Se(Ⅳ)还原速率随生物量增加而增加，但生物炭的促进效果逐渐下降。可溶性生物炭对生物还原Se(Ⅳ)无显著促进作用，介导电子传递活性主要位于不溶性生物炭颗粒本身。投加生物炭还能够显著提高MR-1重复还原Se(Ⅳ)的能力，有效增加循环还原次数及还原率。 实验发现，生物炭可驱动Se(0)的好氧氧化，在700℃条件下热解制备的生物炭的体系Se(0)氧化率最高，当pH=7.0时反应24h后10μMSe(0)氧化率可达66%。生物炭的持久性自由基含量对其氧化活性可能具有重要作用。体系pH条件对生物炭驱动Se(0)氧化具有重要影响，随着pH由3.0提高至9.0，Se(0)氧化速率和程度皆显著提高。结合对不同pH条件下氧化体系中H2O2和?OH积累浓度及活性氧物种淬灭实验结果的分析表明，在好氧条件下，生物炭通过活化O2产生H2O2和?OH等活性氧物种，促进Se(0)的氧化。此外，在厌氧条件下，当pH=3.0和pH=7.0时几乎无Se(0)氧化发生，而当pH=9.0时，生物炭可驱动10μMSe(0)发生氧化，24h氧化率达82%。推测生物炭表面的氧化还原活性基团在厌氧碱性条件下直接参与Se(0)的氧化。
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