铝/氧界面活性氧的原位形成机制及其高效去除水中酚类内分泌干扰物

The removal of organic compounds by advanced oxidation processes generally involves the generation of reactive oxygen species (ROS). Is it possible to develop a method that can generate ROS using oxygen as the precursor like the biological reactions occurred in organisms? It is undoubted that ROS can be generated and employed to remove aqueous organic pollutants using a zero-valent aluminum-acid system under air equilibrated conditions. However, it is unclear how ROS are generated on the interface of aluminum and oxygen (Al0/O2). The primary objective of this study is to obtain a mechanistic understanding on the in situ formation of ROS on the interface of Al0/O2. Specifically, we intend to select some ubiquitous phenolic endocrine disruptors (e.g., tetrabromobisphenol A and triclosan) as the representative compounds. This project aims to: i) understand the in situ generation of H2O2 and oOH, ii) seek methods to enhace the in situ generation of ROS, iii) understand the removal kinetics of the phenolic compunds by Al0/O2 system and evaluate the effects of coexisting organic matters (e.g., humic acid), dissolved oxygen and pH on the reaction, iv) propose routes and mechanism to the removal of phenolic compounds by Al0/O2 system. Results of this work will provide a better understanding on oxidative removal of high levels of phenolic compound using Al0/O2 system.

高级氧化技术是一种人工强化产生活性氧ROS（H2O2和oOH）并利用它氧化去除有机物的工艺。能否开发一种工艺像生物体内的生化反应一样利用环境中的氧气（O2）生成ROS而氧化去除有机污染物？在酸性条件下，零价金属Al0能够将O2活化生成ROS并有效氧化有机污染物已是不争之实。但是，Al0/O2界面ROS的形成及其机制尚不清楚。本课题拟以四溴双酚A和杀菌剂三氯生为模型化合物，研究Al0/O2界面ROS的原位形成及其高效去除水中酚类内分泌干扰物。本研究将在揭示Al0/O2 界面H2O2和oOH原位形成机制的同时，探索Al0/O2体系ROS生成的强化方法，确立Al0/O2对酚类内分泌干扰物的氧化降解动力学模型，考察环境因素如水环境中共存有机物（如腐质酸）和溶解氧DO、pH值等对反应的影响，分析反应产物并提出相应的反应机理。本课题的研究将为Al0/O2体系处理水中高浓度酚类化合物提供技术参考。

高级氧化技术是一种人工强化产生活性氧 ROS（H2O2 和•OH）并利用它氧化去除有机物的工艺。能否开发一种工艺像生物体内的生化反应一样利用环境中的氧气（O2）生 成 ROS 而氧化去除有机污染物？在酸性条件下，零价金属 Al0 能够将 O2 活化生成 ROS 并有效氧化有机污染物已是不争之实。但是，Al0/O2界面ROS的形成及其机制尚不清楚。本课题以水体中常见的有机污染物2,4-二氯酚、抗生素环丙沙星、染料活性黄3RS等为模型化合物，研究了Al0/O2 界面 ROS（H2O2 和•OH） 的原位形成机制，探索了界面 ROS生成的强化方法，确立了Al0/O2体系对有机污染物的氧化降解动力学模型，分析反应产物并提出相应的降解途径。主要研究内容和结果如下：.（1）研究了Al0/O2界面 H2O2的原位形成及其机制，测定并比较不同反应体系 H2O2 的生成情况，阐明Al0/O2界面 H2O2的原位形成及其机制。 .（2）研究了Al0/O2界面•OH 的原位形成及其机制，测定了•OH的产生量，阐明了Al0/O2界面形成的•OH是 Al0/O2体系去除酚类化合物的直接反应。 .（3）研究了Al0/O2体系氧化去除2,4-二氯酚、环丙沙星和活性黄3RS等水中有机污染物，明确了环境因素，如铝添加量、溶解氧、 pH值、温度等对反应的影响，探讨了其反应动力学，鉴定了氧化降解产物，提出了降解反应途径和反应机制。.（4）研究了Al0/O2体系 ROS 形成的强化方法，考察了铁源（Fe2+）对Al0/O2体系生成•OH的影响，揭示了铁（Fe2+）协同 Al0/O2体系•OH的生成，提出引入铁源可提高Al0/O2体系氧化降解有机污染物的速率。 .（5）研究了Al0/O2体系对有机物降解后的产物对斜生栅藻的影响，提出活性黄-3RS、环丙沙星及其降解产物对斜生栅藻的生长速率、叶绿素a含量、光合活性均有一定的影响。但相比原污染物，其降解产物对斜生栅藻的影响更小，证明Al0/O2体系对有机物的降解过程对环境是友好的。..综上研究表明，酸性条件下，O2在 Al0表面原位形成H2O2，进而生成•OH，进而引发一系列的自由基反应，可以降解水中的有机污染物。此结果对 Al0/O2体系高效处理水中高浓度难生物降解的有机污染物可提供重要的技术参考。项目共发表论文5篇，培养硕士生5名。