臭氧和Fe(Ⅵ)氧化溴酚类化合物机理的实验和理论研究

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有机污染物广泛分布在水体环境中。有研究表明,卤代有机污染物和二苯甲酮能对环境系统造成严重的危害。因此,我们对其反应动力学,机理和毒性评估进行了全面研究。先进的氧化技术在其降解中起着决定性的作用。臭氧氧化和高铁酸盐(Fe(Ⅵ))是有机污染物降解有效的方法。在本研究中,主要采用臭氧研究了五溴苯酚的反应动力学及机制,通过Fe(Ⅵ)降解了8种溴酚(BPs)类化合物,包括(一溴酚(2-BP,3-BP,4-BP),二溴酚(2,4-DBP,2,6-DBP,3,5-DBP),三溴酚(2,4,6-TBP)和五溴酚(PBP),主要从反应动力学,反应机理,毒性评估和密度泛函理论(DFT)四个方面进行了研究具体的研究研究如下:(1)通过采用两种不同的臭氧发生器(来源:空气和水),系统地研究了碱性水溶液中PBP的氧化降解。进行了一系列的实验,包括反应动力学,机理和毒性评估。考察了不同的降解影响因素,例如p H(7.0、8.0、9.0),腐殖酸(HA)和阴离子(Cl-,SO42-,NO3-和HCO3-)对反应过程的影响。在p H 8.0的磷酸盐缓冲液中,在O3源为水和空气中,PBP分别在5分钟内和45分钟内实现有效降解。产物分析表明,反应过程中生成了17种产物,包括具有异构体的二聚体和低溴酚,由此提出5种可能的降解路径途径。此外,根据前线分子轨道理论进一步确认了所提出的臭氧化途径,包括在C5和C4位置的C-O键断裂,以及在C3和C6位的C-C键断裂。并鉴定了多个异构体,包括产物P5,P14(羟基-九溴代苯基醚)和P15(二羟基-八溴代苯基醚)。结构活动关系毒性评估表明,高毒性的PBP(急性毒性:鱼类LC50=0.11 mg/L,大型溞LC50=0.124 mg/L,绿藻EC50=0.118 mg/L)转化为危害较小的产物(不包括二聚体)。而P14(急性毒性:LC50=1.04×105)比PBP毒性更大。根据这些发现,我们得出结论,臭氧氧化是PBP降解的有效技术。(2)在Fe(Ⅵ)反应体系中研究了8种溴酚的氧化降解,包括一溴酚(2-BP,3-BP和4-BP),二溴酚(2,4-DBP,2,6-DBP和3,5-DBP),三溴酚(2,4,6-TBP)和五溴苯酚(PBP)。结果发现,在p H值为8.0的条件下,它们的降解率随着溶液中Fe(Ⅵ)浓度的增加而增加。2,4,6-TBP,2-BP和2,6-DBP的去除速度快于其他五个BPs,这与取代Br原子的位置不同有关。此外,直接氧化和耦合反应极大地影响了溴酚与Fe(Ⅵ)的反应性。电子顺磁共振(EPR)分析证实了本系统中存在羟基自由基。用电喷雾飞行时间质谱仪识别了PBP和2-BP的氧化反应产物。在反应过程中,主要的反应机制包括羟基化、羟基取代和C-C键的断裂,通过末端裂解机制的直接氧化和聚合形成聚合产物和羟基化产物。通过理论计算进一步确定了2-BP和PBP的可能氧化位点。
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