图片摘要

成果简介

慧聪水工业网12月1日讯：近日，哈尔滨工业大学马军院士团队张静教授在环境领域著名学术期刊Water Research上发表了题为“PTIO as a redox mediator to enhance organic contaminants oxidation by permanganate”的研究论文。文中开发了一种氧化还原介体强化高锰酸盐（Mn(VII)）氧化的新技术，2-苯基-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-3-氧代-1-氧（PTIO）可同时作为电子穿梭介体和Mn(VII)的活化剂，增强Mn(VII)对多类痕量有机污染物（双酚A、苯酚、对羟基苯甲酸丁酯、四环素、苯胺、双氯芬酸、磺胺异恶唑、保泰松、恩诺沙星和卡马西平）的氧化。该研究有助于更好地理解氧化还原介体对Mn(VII)的强化机制，也为高锰酸盐氧化技术进一步发展提供了新思路。

引言

近年来，以氮-氧基化合物作为氧化还原介体强化高锰酸盐的化学氧化技术受到研究者们的广泛关注。如图1所示，常见的氮-氧基化合物可分为2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPOs）和4,4,5,5-四甲基-2-咪唑啉-1-烃氧基-3-氧化物（NITs）两类。与TEMPOs相比，NITs同时包含氮氧自由基（>N-O•）和氮氧偶极（>N+-O-）两类官能团，其未成对电子离域在两个等性的N-O基团上，因此具有更广泛的电子分布和更高的活性。目前，本课题组已系统研究Mn(VII)/TEMPOs体系降解水中污染物的效能与机制，但NITs强化Mn(VII)方面的效能与机制却鲜有报道。PTIO是一类典型的NITs，其通过得失电子可在氮氧自由基（PTIO）、氧铵阳离子（PTIO+）和羟胺（PTIOH）三种形式之间发生氧化还原循环，且PTIO+表现出更强的氧化能力。因此，本研究以双酚A（BPA）为目标污染物，PTIO为模型NITs，首先评估了PTIO浓度和溶液pH对BPA降解的影响，并通过紫外-可见光谱、探针实验和GOP实验等阐明了Mn(VII)/PTIO体系的强化机制，随后借助液质联用技术探索了BPA在Mn(VII)/PTIO体系中的降解路径，最后探究了腐殖酸等水体常见组分对该体系的影响。 

图1. (a) 常见氮-氧基化合物分类；(b) PTIO、PTIO+和PTIOH之间的循环转化

小结

本研究首次将咪唑类氮-氧基化合物引入到高锰酸盐的氧化过程中，并探究了Mn(VII)/PTIO体系降解痕量有机污染物的效能与反应机制。Mn(VII)/PTIO体系表现出优异的污染物降解能力，同时PTIO在该过程中发挥了电子穿梭介体和Mn(VII)活化剂的双重作用，其在反应过程中几乎不会损耗，因此可以重复使用。该研究拓展了可用于强化高锰酸盐氧化能力的氧化还原介体的范畴，并为高锰酸盐在水环境修复领域的应用提供了理论指导和重要参考。

本研究得到了国家自然科学基金委面上项目支持。（本刊有删节）详情见净水技术