水合电子还原降解水中PFAS的研究进展

全氟与多氟烷基化合物(PFAS)是近年来受到全球关注的持久性有机污染物(POPs),具有很强的持久性,生物累积性,显著人体健康及生态环境风险,但传统高级氧化技术对其降解作用有限,这对现有水处理系统具有很大挑战.水合电子(e_(aq)-)是一种强还原性物质,对PFAS具有强亲和力.紫外-亚硫酸盐,紫外-碘化钾等多种光生水合电子技术可引发C-C,C-F键断裂,实现PFAS的降解.本文基于对光生水合电子还原降解水中PFAS技术包括发展历程,研究进展及技术优缺点等多个方面的分析与总结,阐述了水质参数(pH值,溶解氧,共存物质,温度等)及PFAS分子结构(碳原子数,官能团,杂原子等)对PFAS降解效率和路径的影响,展望了相关基础研究与技术工程应用的主要挑战与发展方向,为实现水中PFAS高效降解提供技术参考.

水合电子eaq-(H2O)催化全氟丙烷磺酸C-C键断裂反应机理的理论研究

全氟磺酸是一类应用广泛且威胁人类身心健康的污染物,寻找有效降解的方法是急需解决的问题。研究采用密度泛函理论SMD-M06-2X/6-311+G(2d,p)(solvent=water)计算方法,对水合电子全氟丙烷磺酸C-C键断裂的反应物、过渡态、中间体和产物进行了优化及频率和反应速率计算。结果发现,水合电子取代全氟丙烷磺酸α-C上的氟原子,在进行C-C键断裂形成CH_(4)和∶SO_(3)^(2-)是最佳反应。

紫外光致氯生水合电子对全氟辛酸的降解

研究了185 nm紫外光激发氯离子生成的水合电子还原降解全氟辛酸（PFOA）的效果.结果表明,该体系中氯离子、紫外光和绝氧环境是保证PFOA高效降解的必要条件;当PFOA的浓度为0.03 mmol/L时,最佳反应条件为氯离子与PFOA摩尔浓度比（cCl-/cPFOA）为10.0,溶液初始p H值为10.0,体系温度为25℃.该条件下反应23 h后PFOA的降解率和脱氟率分别达到99.6%和65.0%.PFOA在该体系中0~8 h的降解符合一级反应动力学,反应速率常数为6.3×10-3min-1.PFOA在该体系中降解的主要产物有氟离子、短链全氟羧酸、甲酸和乙酸.PFOA的降解有2种途径：（1）氯离子在紫外光照射下产生水合电子,水合电子进攻PFOA,造成C—F键及C—C键的断裂;（2）具有较高能量的185 nm紫外光光解PFOA,发生脱羧反应,并通过水解作用逐步脱氟.

羟基自由基和水合电子降解对叔丁基酚的研究

采用电子束辐照水溶液的方法产生水合电子(e_(aq)^-),研究了e_(aq)^-与对叔丁基酚(4-t-BP)的反应,结果表明还原性的e_(aq)^-不能降解4-t-BP.同时,采用254nm紫外光辐照H_2O_2来产生羟基自由基(·OH),研究了UV//H_2O_2体系对4-t-BP的降解效果,考察了4-t-BP初始浓度,H2O2的添加浓度,溶液初始p H值等因素对反应的影响,结果表明4-t-BP初始浓度越低,H2O2的浓度越高,则越有利于反应的进行;溶液p H=6时是反应的最佳p H值.采用HPLC结合GC-MS的分析方法对反应的中间产物进行了定性分析,得出对叔丁基邻苯二酚,对叔丁基酚二聚体和对苯二酚等3种主要中间产物,归纳总结了4-t-BP与·OH的反应路径.

水合电子的性质及其检测

水合电子是一种强还原剂,它由一个电子及其周围的六个水分子包围所组成[1-3]。它是被水分子团包围着的裸露电子,化学性质十分活泼,是目前已知还原剂中的最强者。除了氖和氦等个别物质外,水合电子几乎能与任何元素及化合物发生化学反应。它还能与某些物质合成许多极难合成的物质。水合电子在国外已经被研究了几十年,而国内对于水合电子的性质及研究方法了解的还比较少,本文着重介绍了水合电子的独特性能、检测方法、国内外的研究动态以及最新的研究热点等。

高效水处理还原剂水合电子的研究进展

水合电子作为一种高效的还原剂,在水处理中具有研究开发和推广应用价值。结合国内外文献,介绍了水合电子的结构、理化性质和检测技术,以及自然界和实验室中水合电子的产生途径,并详细论述了其在水处理中降解污染物方面的应用。最后,对水合电子的研究方向和应用前景作出展望。

光致氯生水合电子降解二甲基亚硝胺的研究

采用紫外光致水合电子这一新型技术降解水中的痕量NDMA,初步研究了紫外光致水合电子对NDMA的降解效能,重点考察了NDMA的一级分解产物DMA、亚硝酸盐及硝酸盐进一步的降解情况,并与紫外直接光解进行比较。结果表明,与紫外直接光解相比,紫外光致水合电子不仅能加快NDMA本身的降解速率,还能有效地促使NDMA的分解产物进一步降解,从而达到控制NDMA的再生、降低水的化学风险的目的。这项研究对于彻底消除水中的二甲基亚硝胺污染具有一定的理论指导意义。

芳香族化合物与水合电子水相反应速率常数的QSAR模型研究

基于水合电子(eaq^-)的高级还原技术(ARPs)是一种有效地去除水中痕量有机污染物的技术.有机物与水合电子反应的速率常数(keaq-)是评价高级还原处理体系中有机物去除效率的一个重要参数.然而化学品种类繁多,通过实验方法一一获取keaq-是不现实的.因此,需要建立一种能够快速预测keaq-的方法,填补现有数据的缺失.本研究搜集整理了94种芳香族化合物的keaq-实验值,采用逐步多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM)方法分别构建了预测化合物的keaq-线性和非线性定量结构活性关系(QSAR)模型.两个模型均具有良好的拟合度(Radj,tr^2> 0.800)、稳健性(Qext^2=0.782)和预测能力(Qext^2> 0.790).机理分析表明,最低未占据分子轨道能(ELUMO)和偶极矩加权的来自扩增边缘邻接处的最大特征值(SpMADAEA(dm))是影响有机物同eaq^-反应活性的重要参数,此外,keaq-还与化合物的键级和极化率有关.元分析结果表明具有吸电子官能团的芳香化合物比含供电子基团的化合物倾向于与eaq^-有更高的反应活性.

水合电子反应动力学

本文综合介绍了水合电子e_(ag)^-的还原反应是扩散控制的快速反应,水合电子不需越过以“隧道”方式钻过反应位垒完成反应。同时,本文简要讨论了影响水合电子反应速度的10种因素。

水合电子对等离子体电化学法制备银纳米颗粒的影响

等离子体电化学法制备银纳米颗粒(Ag Nanoparticles,Ag-NPs)比常用化学方法更加快速环保,且具有良好的应用前景.为了更好地调控Ag-NPs的生长过程,利用局域表面等离子共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)吸收光谱法实时监测Ag-NPs的生长过程,通过改变放电时间、电流及加入不同浓度的乙醇作为自由基OH清除剂,验证了水合电子对Ag+的还原作用.实验结果表明:增加放电时间、增大放电电流及加入低浓度乙醇均可促进Ag-NPs的生成;然而加入高浓度乙醇在反应初期会促进Ag+的还原,而在反应进行一段时间后会阻碍Ag+的还原.

紫外光下水合电子降解卤代有机物的研究进展

卤代有机物污染问题在世界范围内普遍存在,氧化是一种常见的降解技术,但部分全氯代烃及氟代化合物很难被氧化。水合电子因其极强的还原能力,近年来广泛用于卤代有机物的降解研究,并取得良好的降解和脱卤效果,同时也受到光强、反应介质条件等多种因素的影响,对水合电子的性质、产生方式、卤代有机物降解的影响因素及降解机理进行了介绍,以期为其他相关研究提供借鉴。

西玛津的电子束辐照降解

西玛津是一种被广泛使用的三嗪类除草剂,对人体存在毒性作用.西玛津在地表水中被检测出,因此有必要去除水体中的西玛津.由于传统方法难以将西玛津的三嗪环打开,因而无法矿化.采用电子束辐照技术降解西玛津,结果显示1 mg/L西玛津溶液在4 kGy剂量辐照后的降解率高达99.0%,表明电子束可以有效降解西玛津,并且降解符合一级动力学.酸性条件(pH=5)和2 mmol/L H2O2均极大促进西玛津的降解,自由基淬灭剂对西玛津降解的影响和降解过程中产生的离子浓度的变化,表明羟基和水合电子在西玛津降解过程中发挥重要作用.结合液相色谱质谱检测到的产物,提出可能的降解路径.

紫外/亚硫酸盐体系对水体污染物降解的研究进展

近年来,基于紫外/亚硫酸盐(UV/SO_(3)^(2−))的高级还原工艺(ARPs)因对一些难降解污染物表现出高降解能力而受到越来越多的关注。阐述了UV/SO_(3)^(2−)工艺降解污染物的反应机理,概述了UV/SO_(3)^(2−)工艺的影响因素,介绍了UV/SO_(3)^(2−)工艺在水处理中的应用场景以及基于UV/SO_(3)^(2−)工艺的改进方法,并对UV/SO_(3)^(2−)工艺的研究方向进行了展望。UV/SO_(3)^(2−)工艺在无机和有机污染物降解方面表现优异,水合电子(eaq−)是UV/SO_(3)^(2−)体系降解污染物过程中起主导作用的活性物种,UV光源、SO_(3)^(2−)浓度、溶解氧、pH和水体中共存物质是影响UV/SO_(3)^(2−)工艺降解效果的主要因素。

UV/SO_(3)^(2-)工艺去除水体中溴酸盐的效果

紫外/亚硫酸盐(UV/SO_(3)^(2-))工艺是一种通过产生强还原性的活性自由基来降解污染物的高级还原工艺(ARPs)。文章研究了UV/SO_(3)^(2-)工艺降解溴酸盐(BrO_(3)^(-))的效能与机制。结果表明,UV/SO_(3)^(2-)工艺还原BrO_(3)^(-)符合拟一级动力学模型;增大UV光照强度、SO_(3)^(2-)投加量、溶液pH,去除溶液中的溶解氧(DO),可有效提高Br O_(3)^(-)的去除率;水体中的HCO_(3)^(-)、Cl^(-)和天然有机物会不同程度地抑制BrO_(3)^(-)的降解;自由基淬灭试验显示水合电子(eaq)是UV/SO_(3)^(2-)工艺降解BrO_(3)^(-)的主要活性物质,并由此推断出可能的BrO_(3)^(-)降解路径。

水相中~·OH,~·H和e_(aq)^-与2-氯酚反应机理研究

利用脉冲电子束辐解水产生· OH自由基、· H及水合电子 (e- aq) ,研究了这些活性粒子在多种条件下与水相中 2 -氯酚的微观反应机理 ,对其瞬态光谱中的主要吸收峰做了归属 ,并初步考察了这些瞬态物种的生长、衰减等行为 .研究表明 ,· OH自由基与 2 -氯酚在碱性条件下可直接反应生成邻氯代酚氧自由基 ,速率常数为 1 .0× 1 0 9L· mol- 1 · s- 1 ,也有部分· OH自由基与 2 -氯酚反应先生成 OH-加合物 ,再进一步消除水分子生成邻氯代酚氧基 ;在酸性条件下要经过 OH-加合物 .· H则与 2 -氯酚反应生成 H-加合物 ;e- aq可直接从 2 -氯酚分子夺氯 ,在近中性和碱性环境中 ,该反应的速率常数分别为 1 .2 5× 1 0 9L· mol- 1 ·s- 1 和 6.3×1 0 8L·mol- 1· s- 1 .

芘四磺酸钠水溶液激光闪光光解机理

采用激光闪光光解-瞬态吸收光谱技术研究了355nm激光作用下芘四磺酸钠(PyTS)水溶液的光化学反应机理及其产生水合电子的动力学行为.研究首次发现PyTS水溶液激发单线态(PyTS1*)在260nm、激发三线态(PyTS3*)在300nm及阴离子自由基(PyTS-?)在330nm处的特征吸收峰;分析了生成的水合电子(e-aq)的主要反应途径包括自猝灭反应及与PyTS的反应,得到水合电子与PyTS反应的准一级速率常数为2.7′105s-1;并计算得到在此实验条件下,PyTS水溶液经双光子吸收产生的水合电子量子产率为3.2′10-2.

辐射水凝胶法制备金属-聚合物纳米复合材料

利用水凝胶的高吸水性和内部交联网络提供的纳米空间 ,并利用γ 射线产生的还原性粒子 (H·和e-aq)来还原被吸进P(AA/DMMC)水凝胶中的银离子以及PAM水凝胶中的银离子和二价铜离子 ,制得Ag P(AA/DMMC) ,Ag PAM和Cu2 O PAM纳米复合材料 .TEM分析表明 :银原子在P(AA/DMMC)和在PAM凝胶网络内都聚集成纳米粒子 ,且粒径分布很窄 ;银粒子在凝胶中分布均匀 ;XRD分析表明 :纳米银在非离子型水凝胶PAM中的晶型为非晶 ,但在 40 0℃通氮气下处理 4h后 ,转变为立方晶型 .在离子型水凝胶聚 (AA/DMMC)中 ,银粒子的晶型受络合剂的影响 ,不加为非晶 ,反之为立方晶型 .XRD和TEM分析也表明 :复合在PAM中的Cu2

氧化还原平衡处理的新方法

引入一个假想的水合电子活度的负对数 (pe)的概念 ,使氧化还原平衡和氧化还原滴定的处理得以简化 ,推导出林邦式误差公式 ,使得

紫外/亚硫酸钠体系对2,4,6-三溴酚的脱溴效果及机理

研究了紫外/亚硫酸钠(UV/SO32-)体系对2,4,6-三溴酚(2,4,6-TBP)的脱溴效果及影响因素,分析了还原体系2,4,6-TBP的脱溴过程、降解机理及降解路径。结果表明:UV/SO32-还原体系对2,4,6-TBP的降解效果明显高于单独UV体系;亚硫酸钠浓度、pH与反应温度均对还原体系目标污染物的降解影响显著。随着亚硫酸钠浓度升高、pH上升及反应温度提高,UV/SO32-体系2,4,6-TBP的降解效果逐渐增加。准一级动力学方程可描述不同亚硫酸钠浓度与反应温度时还原体系对目标污染物的降解过程。水合电子捕获剂的添加可有效抑制2,4,6-TBP的脱溴反应;UV/SO32-体系污染物还原降解速率与溴离子产生率均高于单独UV体系。还原体系中2,4,6-TBP在水合电子作用下逐级脱溴降解为低毒性物质。