廈門大學(xué)于鑫團(tuán)隊(duì)CEJ：陽光妙用N+1——活化高碘酸鹽去除新污染物
廈門大學(xué)于鑫團(tuán)隊(duì)CEJ：陽光妙用N+1——活化高碘酸鹽去除新污染物
Aopsfrontier
不限于分享高級氧化技術(shù)前沿科學(xué)知識。
新污染物治理已成為國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境保護(hù)的工作重點(diǎn)。
高級氧化工藝（AOPs）已成為水處理工藝中高效去除新污染物的首選方案。 在氧化處理中，高碘酸鹽（PI）因其化學(xué)穩(wěn)定性和易于在原位化學(xué)氧化過程中運(yùn)輸和活化備受關(guān)注。而PI本身的氧化能力較差，用于激活PI的活化劑（如羥胺、金屬材料）等存在化學(xué)添加、金屬浸出或非選擇性氧化的問題。因此，構(gòu)建選擇性氧化的環(huán)境友好型水處理技術(shù)是十分有必要的。同時(shí)，最近研究表明，陽光是多種氧化劑的非化學(xué)添加的天然活化劑。那么，太陽光是否能有效活化PI，其影響因素、反應(yīng)機(jī)理及產(chǎn)物毒性如何？該系統(tǒng)能否同時(shí)實(shí)現(xiàn)無金屬、高效、選擇性氧化有機(jī)污染物而不產(chǎn)生任何鹵化消毒副產(chǎn)物？且此系統(tǒng)是否可以應(yīng)用于海洋污染修復(fù)和水消毒？目前為止，關(guān)于上述問題的探究相當(dāng)有限。
實(shí)驗(yàn)室2021級碩士生張凱婷基于該研究背景，首次選用模擬太陽光（SSL）作為一種非化學(xué)添加的自然活化劑有效活化PI，系統(tǒng)探索該體系對各種新污染物的去除效率； 深入探究該體系的反應(yīng)活性物種；識別三種代表性藥物污染物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物并繪制轉(zhuǎn)化路徑；通過多種毒性預(yù)測手段評估轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的次生風(fēng)險(xiǎn)；并且探究該體系應(yīng)用在高鹽水中污染物去除和細(xì)菌消毒方面的多功能性。此項(xiàng)工作可以為新型、可行的多功能水凈化技術(shù)的開發(fā)提供一定思路。這一工作已發(fā)表在 Chemical Engineering Journal (2023, 451, 138642)。
第一作者：張凱婷
通訊作者：馮明寶 副教授
通訊單位：廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院
論文 DOI ： 10.1016/j.cej.2022.138642
摘要如下
本研究首次報(bào)道了模擬太陽光 （ SSL）活化高碘酸鹽（PI）系統(tǒng)可以顯著提高水環(huán)境中新型有機(jī)污染物的選擇性減排效率，SSL/PI系統(tǒng)在30 min后完全去除污染物雙酚F（BPF），且受多種水基質(zhì)組分的影響較小，表明該體系的選擇性氧化特性。該體系還能在模擬太陽光或?qū)嶋H太陽光照射下去除其它微污染物。同時(shí)，多種證據(jù)表明，該體系產(chǎn)生了不同的氧化中間體，如單線態(tài)氧（ 1 O 2 ）、羥基自由基（ · OH ）、超氧自由基（ HO 2 · - ），其中， 1 O 2 被認(rèn)為是主要的氧化物種，可助力多種不同微污染物的去除。
此外，PI經(jīng)化學(xué)計(jì)量學(xué)轉(zhuǎn)化為無害的碘酸根離子而不形成其它含碘物質(zhì)。對三種模型藥物（甲氨蝶呤、普萘洛爾、西格列?。┑漠a(chǎn)物分析表明，此體系可產(chǎn)生生物降解性明顯增強(qiáng)的降解產(chǎn)物。值得注意的是，該體系在30 min內(nèi)也能有效去除高鹽水中的微污染物，并且達(dá)到顯著的消毒效果?？偟膩碚f，此研究使用無化學(xué)添加劑活化進(jìn)行持續(xù)水凈化，提供了一種新穎、高效、選擇性氧化、綠色和多功能的氧化策略。
結(jié)果表明
1) SSL/PI 體系在低 PI 劑量（ 5.0-30.0 μ M ）下能有效去除各類新污染物，且實(shí)際太陽光下也適用。
2) 通過 ESR 分析和探針實(shí)驗(yàn)表明， SSL/PI 體系產(chǎn)生了 1 O 2 、 · OH 和 HO 2 · - 等多種活性物種，其中 1 O 2 是選擇性消除水中微污染物的主要物種，大多數(shù)水基質(zhì)組分對其影響不大。
3) 典型藥物的轉(zhuǎn)化路徑探究和毒性評估結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可能存在較高的二次環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但其生物可降解性增強(qiáng)，后續(xù)生物處理過程可去除這些風(fēng)險(xiǎn)。
4) SSL/PI 系統(tǒng)的應(yīng)用性探究：本體系對高鹽廢水中不同有機(jī)污染物的去除性能優(yōu)異，對水體的消毒效果顯著。
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