第一作者：
Jiajia Wang
通讯作者：
刘宝军
通讯单位：贵州大学资源与环境工程学院
论文
DOI
：
10.1016/j.cej.2022.137376
4,4’-磺酰二酚作为一种持久性有机污染物，因其毒性和危害性已成为环境问题。
最近，贵州大学资源与环境工程学院
刘宝军
老师
团队在环境化工领域期刊
Chemical Engineering Journal
上发表题为
“
Insight into the mechanisms of BPS degradation by electro-Fenton method modified by Co-based nanoparticles on the oxidized carbon cathode”
的研究型文章。在这项研究中，作者
采用富含氧官能团和吡咯氮的氧化炭黑 (Co-OBC) 上的钴基纳米粒子作为催化剂，以促进电芬顿法降解BPS的性能。
结果表明， Co-OBC对BPS的电芬顿降解性能优于钴基炭黑纳米颗粒（Co-BC），在最佳条件下(c(Fe
2+
) = 0.3 mM，pH 3，U = -0.5 V)， BPS可在15
min内完全降解。
为了探索BPS的降解机制，液相色谱-质谱（LC-MS）分析与密度泛函理论（DFT）计算相结合。提出了三种降解路径。更重要的是，路径I中BPS的分解自由能为15.5
kcal/mol，是三个路径中最低的。因此，路径I是BPS 降解的主要途径，其他途径是次要的。最后，ECOSAR软件预测表明，BPS的降解可以逐步降低毒性，有利于环境保护。通过分析BPS的降解机理和毒性预测，可以更好地了解持久性化合物的特性及其对环境的危害，有利于解决环境污染问题。
Fig. 1
. Schematic illustration of the preparation process of Co-OBC.
Fig. 2
.
(a) SEM images of Co-OBC, (b-d)
HRTEM images of Co-OBC, (e)
SAED
pattern of Co-OBC and (f) Element mapping images of C, N, O, Co.
Fig. 3
.
(a)
FTIR spectrum of Co-OBC and Co-BC, (b)
XRD
patterns of Co-OBC and Co-BC, (c) C 1 s spectrum, (d) N 1 s spectrum, (e) O 1 s spectrum and (f) Co 2p spectrum of Co-OBC and Co-BC.
Co-OBC和Co-BC的电化学测试
Fig. 4
.
(a)
EIS of Co-OBC and Co-BC, (b) CV curves of Co-OBC and Co-BC with a scan rate of 10 mV/s, (c) LSV curves of Co-OBC and Co-BC with a scan rate of 1 mV/s, (d) H
2
O
2
yield and n of Co-OBC, Co-BC and BC.
Fig. 5
. Effect of (a) Fe
2+
concentration (pH 3 and −0.5 V), (b) pH (-0.5 V and 0.3 mM Fe
2+
) and (c) potential (pH 3 and 0.3 mM Fe
2+
) on electro-Fenton degradation of
BPS, (d) degradation of BPS under the different influencing factors, (e) recycling tests under 0.3 mM Fe
2+
, pH 3 and −0.5 V and (f) BPS degradation in real water samples.
可能的BPS降解机制
Fig. 6
. EPR spectra detected in electro-Fenton systems for (a) DMPO-⋅OH, (b) DMPO-⋅O
2
–
and (c)
BPS degradation with different radical scavengers in 30 min.
Fig. 7
.
(a)
BPS chemical structure, (b)
HOMO
and (c) LUMO orbital of BPS, (d) ESP mapping of BPS and (e) NPA charge distribution and Fukui index of BPS.
Fig. 8
. Proposed degradation pathways of
BPS
by electro-Fenton.
Fig. 9
.
(a-c) The free energy required for the decomposition of
BPS, (d) schematic diagram of the reaction mechanism of the degradation of BPS in
EF
process with the Co-OBC cathode.
毒性评估
Fig. 10
. Theoretically calculated (a-c) acute toxicity and (d-f) chronic toxicity via ECOSAR in M88/PS/Vis system.
本研究通过在连续搅拌下氧化制备Co-OBC催化剂，提高了含氧官能团和吡咯氮的含量，促进了H
2
O
2
的选择性。在最佳条件下（c(Fe
2+
) = 0.3 mM，pH 3，U = -0.5 V），BPS可在 15 分钟内完全降解。同时，120 min 内 TOC 去除率可达 47.8%。通过LC-MS与DFT的结合，结果表明直接促使苯环断裂的羟基自由基是一个需要大量能量的关键步骤。根据中间体的毒性，该步骤将有助于降低反应过程中 BPS 的毒性。总之，通过多种技术手段深入分析了BPS的降解机理和毒性，为电芬顿降解EDCs提供了新的思路，具有重要的环保意义。这些方法未来可用于分析混合 POPs 的降解机理。
Jiajia Wangu, et al. Insight into the mechanisms of BPS degradation by electro-Fenton method modified by Co-based nanoparticles on the oxidized carbon cathode, Chemical Engineering Journal, 2022
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137376
备注:
Permissions for reuse of all Figures have been obtained from the original publisher. Copyright 2022, Elsevier Inc.
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