哈工大马军院士团队WR｜揭示高铁酸盐氧化对乙酰氨基酚过程中高价铁的作用

转 自：环境工程与科学

1月18日 ，哈工大马军院士团队王鲁教授课题组 在 Water Research 发表了题为 “Roles of iron (V) and iron (IV) species in ferrate-triggered oxidation of phenolic pollutants and their transformation induced by phenoxyl radical” 的研究论文，以对乙酰氨基酚为目标污染物，探究了高铁酸盐氧化体系中Fe(V)/Fe(IV)的作用。

化学氧化法被广泛应用于水处理领域，不仅可以缓解水传播疾病，还可以去除各种污染物，如Mn(II)、Fe(II)、味道和气味化合物、色度以及合成有机微污染物。随着对水质要求的提高，化学氧化工艺也在不断发展。我们的目标是找到最佳的化学氧化剂，既能有效处理水，又能产生无害的转化产物，并最大限度地减少对环境的不利影响。 高铁酸盐氧化法因其多模式作用和环境友好特性而成为一种很有前景的选择。它对含有氮、硫和富电子分子的污染物具有高反应性。 高铁酸盐 原位生成的铁（氧氢）氧化物高度分散、体积小、羟基丰富，对金属离子具有极佳的去除能力。Ferrate 已被广泛应用于水处理和废水处理中去除有机污染物、藻类、有毒金属和病原微生物。 高铁酸盐 的这种多模式作用特性使其优于氯、高锰酸盐、过氧化氢和臭氧等其他氧化剂。

高铁酸盐是一种很有前途的水处理氧化剂。了解高价中间铁[Fe(V)和 Fe(IV)]的反应特性和转化机理仍是一项挑战。 本研究利用反应动力学、产物和化学计量学系统地研究了对乙酰氨基酚氧化过程中 Fe(VI)、Fe(V) 和 Fe(IV) 物种的作用。对乙酰氨基酚通过单电子转移机制与 Fe(VI) 发生反应，启动了 " Fe(VI) - Fe(V) - Fe(IV) - Fe(III) "的顺序转化过程，其化学计量[Δ对乙酰氨基酚/Δ铁]高达 2.20:1。加入焦磷酸以抑制 Fe(V) 氧化后，其化学计量比降至 1.23:1，高于 Fe(VI) 贡献的化学计量比 0.58:1，这表明有 Fe(IV) 物种参与其中，而焦磷酸并未抑制其氧化。二聚物产量和理论计算表明，即使在有焦磷酸存在的情况下，生成的苯氧基自由基也能将 Fe(V) 还原成 Fe(IV)，实现单电子顺序转移过程。对于其他含有电子捐赠取代基的苯酚，其苯氧自由基也能诱导 Fe(V) 转化为 Fe(IV)。这种有机自由基诱导的转化可能发生在铁酸与天然有机物的反应中，并能提高去除污染物的效果。这项研究强调了苯氧自由基与高价铁物种之间的相互作用，并为指导今后识别铁酸酯氧化过程中的高价铁物种提供了新的见解。