环境多介质过氧化氢活化的界面行为

The activation of hydrogen peroxide over various model solid compounds, including i) goethite, ii) oxides with discrepant pKa, iii) iron(hydro)-oxide with tunable morphology, will be studied systematically. The multi-phase behavior of this process will be revealed under typical environmental conditions: industrial wastewater treatment, groundwater purification and in situ chemical oxidation remediation by experimental test, kinetic isotope experiment, spectroscopy characterization and molecular dynamics. The origin, density, mobility of proton and the stability of hydrogen bond will be emphasis. A mechanism model involving the proton cycle will be proposed. Furthermore, the effect of alkalinity can be.understand from the aspects of both proton mobility inhibitor and nucleophilic reagent contributed on the generation of peroxymonocarbonate. On the basis of these new insights, the rational design of the pollutant remediation techniques will be feasible.

对于液-固界面过氧化氢活化过程的深入认识是指导污染物控制工程技术手段强化和发展的重要基础。本课题以铁（氢）氧化物、不同表面酸性氧化物等为模型体系，对理想液-固界面和环境多介质体系液-固界面的过氧化氢活化过程进行了研究。以常规实验、同位素标记动力学实验、谱学表征、分子动力学模拟以及量化密度泛函计算相结合的手段，揭示液-固界面过氧化氢活化行为和环境多介质因素的作用影响。通过对过氧化氢活化过程中质子来源、丰度、迁移路径和迁移速率等质子行为的研究修正目前只关注过氧化氢电子转移活化的机理模型，并从影响界面质子行为，改变过氧化氢活化方式，进而认识环境多介质系统特别是天然碱度对过氧化氢活化和污染物降解的影响，以期提对多介质环境界面过氧化氢活化的活化效率，指导相关水处理、土壤修复工程技术的开发。

环境多介质过氧化氢活化的界面行为对指导相关水处理、土壤修复工程技术的开发起到基础性指导意义。通过对原位化学氧化工艺中单过碳酸根的原位生成、稳定性及反应性的系统探索，发现高浓度过氧化氢可以与自然环境中的碳酸盐反应生成高氧化性的单过碳酸根活性物种，实现酚类污染物的氧化降解；通过EXAFS、EPR和竞争动力学等方法对聚苯胺插层的氧基氯化铁在酸性和中性pH下的过氧化氢的活化和污染物高效降解进行了详细分析，为认识pH影响的Fenton体系反应性变化提供了一个范例；针对FeOCl材料的插层Fe位点调控，设计了钾阳离子插层改性的FeOCl材料，改变了传统过氧化氢的活化行为，由传统的O-O均裂的Fenton-like路径转化为O-O异裂的高价铁路径；研究了具有可调活性位点的FeOCl材料，通过中间体的催化偶联促进污染物矿化率；针对1,3-二羟基丙酮C-C键活化及产物选择性控制的具体问题，以“原子经济性”为转化过程核心目标，优化了软锰矿物物理混合针铁矿复合催化剂，实现了产物的高产率协同制备，氧原子利用效率相较以过氧化氢为氧化剂的体系高出了1倍以上，展现了优异的应用前景。