第一作者：Danying Xing
通讯作者：赵晓丹
副教授/荆国华 教授
通讯单位：
华侨大学化工学院
论文
DOI
：
10.1016/j.watres.2022.118930
最近，铁基多相催化剂在活化过乙酸（PAA）以产生活性自由基以降解有机污染物方面受到了广泛关注，但由于从Fe（III）到Fe（II）的缓慢转变，PAA的活化效率受到了影响。
最近，
华侨大学化工学院
赵晓丹
/荆国华
老师
团队在环境领域TOP期刊
Water Research（2021年IF:13.4
）
上发表题为“
Mechanistic insights into the efficient activation of peracetic acid by pyrite for the tetracycline abatement
”
的研究型文章。
在这项研究中，作者
考虑到减少硫物质的供电子能力，提出了一种通过结合黄铁矿和PAA（简化为黄铁矿/PAA）来去除四环素（TC）的新型高级氧化工艺。在黄铁矿/PAA工艺中，TC可以在中性条件下通过均质和异质Fe(II)物种的协同作用在30min内完全去除。CH
3
C(O)OO•是黄铁矿/PAA工艺中产生的主要自由基，负责去除TC。黄铁矿优异的活化性能可归因于还原硫物质以促进Fe(III)还原的优异给电子能力。同时，浸出的Fe
2+
与TC的络合有利于PAA活化和TC的去除。此外，还分析了TC的降解途径和降解中间体的毒性。黄铁矿/PAA工艺在4.0
∼
10.0的pH范围内显示出优异的TC去除效果。Cl
-
、HCO
3
-
和HPO
4
2-
的共存对TC去除的影响可以忽略不计，而HA对TC的去除率有轻微的抑制作用。
本研究强调了黄铁矿对PAA的有效活化以及硫在黄铁矿/PAA工艺中促进Fe(III)向Fe(II)转化的重要作用。
Fig. 1
.
(a) TC abatement in different processes; (b) Effect of H
2
O
2
with different concentrations on TC abatement in the pyrite/PAA process; (c) The concentration of leached Fe
2+
and total Fe in the pyrite/PAA process; (d) Effect of BPY and 1,10-phenanthroline on TC abatement in the pyrite/PAA process.
【
黄铁矿/PAA工艺中TC的去除机理
】
Fig. 2
.
(a) Effect of different radical scavengers on TC abatement in the pyrite/PAA process; (b)
k
obs
of TC abatement in the presence of different radical scavengers.
Fig. 3
. XPS spectra of Fe 2p (a) and S 2p (b) before and after reaction; Adsorption configurations of PAA on the Fe(II) site (c) and S(-I) site (d) on the pyrite (100) lattice plane (The brown, red, pink, blue and yellow spheres represent C, O, H, Fe and S atoms, the magenta and azure regions indicate an increase in electron density (convergence) and a decrease (dispersion), respectively.).
Fig. 4
. Theoretical calculations of the Fe
2+
, TC, and Fe
2+
-TC complex. (a)
HOMO of Fe
2+
; (b) HOMO of Fe
2+
-TC; (c) HOMO − LOMO gap of TC; (d) HOMO − LUMO gap of Fe
2+
-TC; (e) ESP of TC; (f) ESP of Fe
2+
-TC.
Fig. 5
. (a) Effect of Fe
3+
concentration on TC abatement in pyrite/PAA process; (b) Effect of Fe
3+
concentration on the
k
obs
of TC abatement in each process; (c) Low-temperature EPR of pyrite; (d) Adsorption structure and adsorption energy in the presence of S vacancies
.
Fig. 6
. Proposed mechanism for PAA activation with pyrite.
【
TC降解途径和毒性分析
】
Fig. 7
.
The proposed TC abatement pathways during the pyrite/PAA process.
【
黄铁矿/PAA工艺中不同参数对TC去除的影响
】
Fig. 8
.
Effect of (a) solution pH, (b) pyrite dosage, (c) PAA dosage and (d) TC concentration on the TC abatement in the pyrite/PAA process (Illustration represents the corresponding
k
obs
of TC abatement). Experimental conditions: [pyrite] = 0.1 g/L, [PAA] = 100 µM, [TC] = 10 µM, pH 7.0.
Fig. 9
. Effect of (a) Cl
−
, (b) HPO
4
2−
, (c) HCO
3
−
and (d) HA concentration on the TC abatement in the pyrite/PAA process (Illustration represents the corresponding
k
obs
of TC abatement). Experimental conditions: [pyrite] = 0.1 g/L, [PAA] = 100 µM, [TC] = 10 µM, pH 7.0.
黄铁矿活化PAA可以在酸性到碱性条件下实现有效的TC去除，其中CH
3
C(O)OO•起主要作用。
PAA的活化主要来源于从黄铁矿中浸出的Fe
2+
和黄铁矿表面的>Fe(II)位点。黄铁矿表面上的给电子硫物质可以促进均相和非均相中Fe(III)向Fe(II) 的还原，从而导致有效的PAA活化和伴随的TC去除。Fe
2+
与TC在均相溶液中的络合促进了Fe
2+
对PAA的供电子能力。基于已确定的降解中间体，提出了五种可能的TC降解途径。由于Fe
2+
的浸出以及PAA和TC的形态形成，溶液pH值对TC的去除率有显着影响。无机离子（Cl
-
、HCO
3
-
和HPO
4
2-
）的存在对TC去除的影响几乎可以忽略不计，而HA由于其对活性自由基的清除作用而发挥轻微的抑制作用。S
2
2-
/S
5
2-
/S
8
0
多价硫对PAA活化过程中Fe(III)到Fe(II)的还原转变的贡献赋予黄铁矿在提高 PAA活化的整体效率和减少所需的PAA和活化剂的剂量。
总之，黄铁矿/PAA工艺在处理微污染物水和废水方面具有潜在的应用价值
。
Danying Xing
, et al. Mechanistic insights into the efficient activation of peracetic acid by pyrite for the tetracycline abatement, Water Research, 2022
https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118930
备注:
Permissions for reuse of all Figures have been obtained from the original publisher. Copyright 2022, Elsevier Inc.
声明：
本文仅为了分享与交流学术成果，无任何商业用途。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：。由于微信修改了推送规则，请大家将《高级氧化圈》加为“
星标
”
，或每次看完后点击页面下端的“
赏
”，这样可以在第一时间收到我们的推文，谢谢！
