近日，我校EON4娱乐周彥波教授團隊在去除水中高風險有機砷的研究中取得了重要進展，采用光協同原位芬頓氧化技術對洛克沙胂等有機砷類汙染物取得了良好去除效果👱🏿♂️💅，相關成果發表在Chemical Engineering Journal和Journal ofHazardous Materials上🦵🏻。
洛克沙胂（ROX）作為一種能提高飼料轉化率、促進畜禽生長的飼料添加劑🌵🏧，曾被廣泛應用於畜禽養殖行業。雖然目前已被禁用👹，但其在自然環境中的存量風險不容小覷💆🏼♂️。ROX很難被動物體完全代謝，超過90%的ROX最終會隨畜禽糞便進入環境中。據報道，畜禽糞便中檢出的ROX濃度高達14-54 mg/kg，而ROX在自然環境中可分解為無機砷物種（iAs），很容易通過食物鏈威脅人體健康與生態安全🔃。因此，開發一種高效去除水中ROX的處理技術具有重要意義🧑🏿🌾。傳統處理技術中🦑，吸附技術處理有機砷汙染物水力停留時間較長，而化學氧化技術總砷去除率不佳。對此♚，我校周彥波教授團隊構建了一類太陽光驅動的原位芬頓氧化體系🧑，該體系通過“預氧化-原位吸附”協同作用來高效去除ROX及其氧化產物無機砷(iAs)⚠，實現對水中高風險有機砷汙染物的消減與控製👨🏽🏭。
圖片說明📊：(a)光協同原位芬頓氧化體系（Fe(II)/RF-O2）高效轉化洛克沙胂⚓️；(b) 體系 pH對Fe(II)/RF-O2 TOC去除率和總砷去除率的影響🏋🏿♂️；(c) 光協同原位芬頓氧化體系去除ROX的增效機製💨；(d) Fe(II)/RF-O2實現對ROX的高選擇性氧化
該工作構築了一種光協同原位產過氧化氫（H2O2）的芬頓氧化體系（Fe(II)/RF-O2）🧌。該體系由間苯二酚-甲醛樹脂（RF）作為主要光催化材料，RF中醌型間苯二酚作為電子受體(A)與苯型間苯二酚作為電子供體(D)通過甲烷連接劑π-共軛，形成D-A對👱🏽👩🦱。D-A對的π-堆積相互作用促進了最高占據軌道（HOMO）和最低占據軌道（LUMO）的雜化👮🏼♂️，能帶結構配適於分子氧（O2）還原生成H2O2☦️，使得RF具有較高的H2O2光催化活性，進而促進H2O2快速分解生成高濃度OH攻擊ROX分子🫰。該體系通過“預氧化-原位吸附”協同作用高效去除有機砷化合物ROX和其釋放的無機砷（iAs）👊，對ROX的總有機碳（TOC）去除率達到75%👅，對總砷的去除率達到97%以上，處理後體系的殘留砷小於12.5 µg/L，遠小於再生水中砷的推薦限值（100 µg/L），以太陽光驅動的原位芬頓氧化體系Fe(II)/RF-O2實現了有機砷汙染物的風險控製。該項研究工作以題為“Efficientremoval of roxarsone and emerging organic contaminants by a solar light-drivenin-situ Fenton system”發表在Chemical Engineering Journal上（DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2021.132434）🔨。
圖片說明🔛：(a)FeS2-RFR適配產H2O2的能帶結構🦸🏽；(b) FeS2-RFR光協同原位芬頓體系高效氧化ROX；(c)不同氧化體系氧化降解ROX的動力學擬合🙎🏿♂️；(d)FeS2-RFR原位分解H2O2產生高濃度羥基自由基；(e) FeS2-RFR高選擇性轉化ROX生成低毒五價砷（As(V)）
此外🧑🐻❄️，針對均相體系易產生含鐵汙泥廢棄物等問題，周彥波教授團隊還構建了一種非均相光協同原位芬頓氧化體系（FeS2-RFR）。FeS2-RFR合適的能帶結構有利於太陽光的高效吸收，形成的異質結能有效促進光生電子和空穴的分離提高光能利用率。FeS2-RFR可利用廣譜太陽光產生將O2通過雙電子還原路徑轉化成H2O2，H2O2產量高達500μmolg-1h-1。同時，FeS2原位分解H2O2以產生高濃度OH，從而實現ROX的高效降解👨🦼。反應過程中的光生電荷參與FeS2表面Fe3+/Fe2+的循環，避免了傳統芬頓體系需要額外添加H2O2的不足。最終，ROX被選擇性地轉化為CO2🌒、NO3-和毒性較小的五價砷，為後續砷的完全去除提供了有利條件🌊。此外🏋🏼♀️🤱🏼，該光協同原位芬頓氧化體系不受自然水體中常見陰陽離子和腐殖酸的幹擾，在實際水體中仍具有良好的氧化性能。相關工作以“In-situproduction and activation of H2O2 for enhanceddegradation of roxarsone by FeS2 decorated resorcinol-formaldehyderesins”為題發表在在Journal of Hazardous Materials（DOI⛷：doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127650）🫅🏻。
上述工作由周彥波教授團隊的李霞、何潔等研究生和周易特聘副研究員完成👧🏿🫚，得到了國家自然科學基金、上海市優秀技術帶頭人項目、上海市揚帆計劃等項目的支持。
相關論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721040122
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389421026182