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导读
近年来，基于过氧乙酸（peracetic acid，PAA）的高级氧化技术，由于其能够生成羟基{attr}3151{/attr}（•OH）、有机氧自由基（R-O•）等高效降解水中有机微污染物的活性物种，越来越受到水处理研究人员的关注。基于PAA的高级氧化体系，通常利用紫外线、热、过渡金属离子等活化方法产生•OH、R-O•等活性物种。与其他过渡金属离子相比，二价铁离子（Fe(II)）具有价格低廉、绿色环保、活化PAA速度快的特点。因此，Fe(II)/PAA体系是一类具有广泛应用前景的高级氧化技术。然而，与芬顿体系类似，Fe(II)/过氧乙酸体系同样存在Fe(II)投量大、持续活化能力差、氧化剂有效利用效率低以及生成的Fe(III)易沉淀形成铁泥造成二次污染等缺陷。而之所以存在上述缺陷，归根结底是因为Fe(II)/PAA体系中Fe(III)还原为Fe(II)的速度非常缓慢，且生成的Fe(III)易于富聚、水解、沉淀形成铁泥。本研究提出了一种强化Fe(II)/PAA体系的新方法，即在Fe(II)/PAA体系中加入2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS），促进Fe(III)/Fe(II)的氧化还原循环，提高Fe(II)/PAA体系的氧化效能。
研究首先选择双氯芬酸（DCF）作为目标污染物，研究ABTS/Fe(II)/PAA体系对DCF的降解效果。研究表明，ABTS的加入可显著促进Fe(II)/PAA体系对DCF的氧化降解（图1A）。此外，该体系在酸性pH条件下对DCF均具有良好的降解效能（图1B）。
▲图1 （A）ABTS强化Fe(II)/PAA体系降解DCF；（B）pH对ABTS/Fe(II)/PAA体系降解DCF的影响规律（来源：ScienceDirect）
通过苯基甲基亚砜（PMSO）法、电子顺磁共振光谱（EPR）（图2）、醇类物质淬灭实验等方法鉴别出ABTS/Fe(II)/PAA体系中存在的活性物种主要有ABTS自由基（ABTS•+）、Fe(IV)以及CH3C(O)O•等有机氧自由基（R-O•），且进一步证实ABTS•+是对DCF降解起主要作用的活性物质。
▲图2 ABTS/Fe(II)/PAA体系的电子顺磁共振谱图（其中，A中不加捕获剂DMPO，B中加入捕获剂DMPO）（来源：ScienceDirect）
通过活性物种的鉴别以及监测体系中ABTS和ABTS•+的浓度变化，发现ABTS在ABTS/Fe(II)/PAA体系降解DCF过程中起到了电子穿梭体的作用，并据此提出了ABTS对Fe(II)/PAA体系的强化机理（图3）：首先，Fe(II)与过PAA快速反应产生Fe(IV)、Fe(III)以及R-O•；其次，生成的Fe(IV)、Fe(III)以及R-O•与ABTS快速反应产生ABTS•+，而Fe(IV)和Fe(III)被重新还原为Fe(II)；最后，ABTS•+快速氧化降解DCF，同时自身被重新还原为ABTS。
▲图3 ABTS强化Fe(II)/PAA体系的反应机理（来源：ScienceDirect）
本研究利用ABTS作为有机电子穿梭体来强化Fe(II)/PAA体系氧化降解DCF的效能，为基于PAA的高级氧化技术提供了一种新的思路，能够在一定程度上促进PAA的活化研究。
参考文献 [1] Lin Jinbin, Hu Yuye, Xiao Junyang, Huang Yixin, Wang Mengyun, Yang Haoyu, Zou Jing*, Yuan Baoling, Ma Jun. Enhanced diclofenac elimination in Fe(II)/peracetic acid process by promoting Fe(III)/Fe(II) cycle with ABTS as electron shuttle. Chemical Engineering Journal 420 (2021) 129692. DOI:10.1016/j.cej.2021.129692.
联系作者: 邹景，副教授，华侨大学土木工程学院，Email：zoujing@hqu.edu.cn
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