我国农林业每年产生的生物质废物可达10亿t，将其变废为宝进行高值资源化一直是农林业环境领域的研究重点和难点。近年来，水热炭化生物质废物制备水热炭被视为农林生物质废物安全循环利用的新兴途径，与高温无氧热裂解农林生物质废物（生物炭）相比，具有低耗能、无需脱水、无大量废气产生和高炭产率等优点。因此，开展水热炭在土壤环境中的应用研究极其重要，可为同步实现农林生物质废物持续资源化、土壤改良、碳封存、温室气体减排、有机/无机污染土壤修复提供新思路和新途径。水热炭可提高矿区复合重金属污染土壤的酶活性和微生物的生物量碳，优化污染土壤的生物学性质。对土壤中有机污染物而言，水热炭不仅具有高效的钝化作用，降低其生物有效性和迁移性，同时还可通过活化特定微生物，强化有机污染物的生物降解过程，具备彻底消除土壤有机污染物的巨大潜力。目前，水热炭对有机污染土壤的修复研究较少，多为杀虫剂污染土壤的钝化与降解修复方向，对新兴有机污染物污染土壤的修复研究有待加强。
近年来，有很多利用生物炭上持久性自由基的性质激活不同氧化剂产生活性氧物质来降解有机污染物的研究引起广泛关注。生物炭上的 EPFRs可以激活过硫酸盐或者过氧化氢生成SO₄·^-、·OH等活性氧物质来降解有机污染物。关于热解炭上持久性自由基和生物炭材料在有机污染土壤吸附和氧化降解领域的研究越来越多，但关于生物质通过水热炭化方式制备的水热炭上持久性自由基及其在有机污染土壤氧化降解领域的研究尚有不足。本研究以降解土壤有机污染物为目的，建立了小麦秸秆水热炭和H₂O₂类芬顿氧化降解土壤甲基橙体系。通过比较不同反应条件下的氧化降解效率和反应前后水热炭上持久性自由基的变化，探究水热炭上持久性自由基类芬顿氧化降解土壤有机污染物的机理。本研究通过以水热炭活化过硫酸钠降解土壤中诺氟沙星为基础，探究水热炭上持久性自由基活化过硫酸盐降解土壤抗生素的机理，发现以·OH为主的自由基降解途径为主要途径。由于抗生素对于土壤的微生物影响较大甚至导致抗性基因出现，而水热碳能改善土壤理化性质以及生化性质，研究经水热碳类芬顿处理后土壤抗生素含量变化、微生物群落丰度变化及抗性基因情况具有重要意义。同时在前期研究的基础上，利用花生壳水热碳和过硫酸盐体系去除水中盐酸四环素，结果表明自由基和非自由基都起到重要作用，其中SO₄·^-和¹O₂起到主要作用，后期通过类芬顿修复盐酸四环素污染的土壤来研究修复前后微生物的变化以及抗性基因的情况。
关键词：持久性自由基；水热碳；有机土壤修复
资助项目：国家重点研发项目（NO.2020YFC1808103）、国家自然科学基金（NO.21577085）