3月26日,永利官网陆隽鹤教授课题组在硫酸根自由基(SO4•-)高级氧化技术领域的研究成果以“Formation of nitrophenolic byproducts during heat-activated peroxydisulfate oxidation in the presence of natural organic matter and nitrite”为题在Environmental Science & Technology上发表。该论文首次报道了亚硝酸盐(NO2-)可被SO4•-活化,并和环境中的天然有机质(NOM)反应,转化为一系列有机的硝基副产物。由于硝基化合物化学性质稳定,不易降解,且一般具有“三致”毒性,这一问题值得环境工程界的重视。
基于SO4•-的高级氧化工艺是污染控制领域的一个热点课题,尤其在土壤和地下水修复方面的应用,国内外已有大量的报道,然而对于这一技术可能存在的问题和局限则很少关注。该论文在模拟地下水环境条件下,系统研究了NO2-硫酸根自由基氧化过程中的转化和归趋。通过15N同位素标记,结合质谱(MS)、傅里叶红外(FTIR)和核磁共振(15N-NMR)分析,发现NO2-可转化为有机硝基副产物,如对硝基酚、4-羟基-3-硝基苯甲酸、2,4-二硝基酚等。在此过程中,SO4•-起了关键作用,它将NO2-氧化生成二氧化氮自由基(NO2•),后者是一种活泼的硝化剂,主要和天然有机质(NOM)大分子中的酚结构单元反应,通过夺氢-加成途径,转化为硝基副产物。
NOM在环境中无处不在,而NO2-在缺氧的地下水环境中也普遍存在,浓度甚至可达mg/L水平,因此,SO4•-用于地下水污染修复时生成硝基副产物很可能是一个普遍现象。NO2-和SO4•-反应的二级动力学常数高达8.8×108 M-1s-1,NO2-的存在这不仅导致了NO2•次级自由基的生成,也抑制了污染物和NOM的降解,使得硝化反应更容易发生。硝基是一种强吸电子基团,具有钝化作用,硝基副产物具有较高的化学稳定性,一旦生成,便相对难以被降解。在本研究中,我们观察到了2,4-二硝基酚浓度的持续增加。同时,硝基化合物一般具有“三致”毒性,对生态系统和人体健康具有潜在的威胁。因此,在评估SO4•-高级氧化技术修复污染地下水的可行性时,硝基副产物的生成应该作为一个重要的因素加以考虑。
该研究由我国科学家独立完成,论文第一作者为永利官网博士研究生杨培增,通讯作者为陆隽鹤教授。Environmental Science & Technology 是环境科学与工程领域的顶级期刊(5年影响因子7.25)。近年来,陆隽鹤教授课题组围绕硫酸根自由基高级氧化技术在水处理、土壤和地下水修复方面的应用做了大量工作,相继在Environmental Science & Technology, Water Research等期刊上发表了20余篇论文,其中4篇论文入选ESI高被引论文,在学术界产生了较大的影响。