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高铁酸钾氧化降解三氯生的动力学模拟及反应机制研究

ISSN号：0250-3301
期刊名称：《环境科学》
时间：0
分类：X799.3[环境科学与工程—环境工程]
作者机构：[1]中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广州510640
相关基金：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009ZX07528-001）; 国家杰出青年科学基金项目（40688001）; 国家自然科学基金项目（40821003）; 有机地球化学国家重点实验室项目（sklog2009A02）

关键词：高铁酸钾, 三氯生, 氧化, 二级反应动力学, 线性自由能关系, ferrate（Ⅵ）, triclosan（TCS）, oxidation, second-order reaction kinetics, linear free-energy relationship

中文摘要：

对高铁酸钾氧化降解水中微量三氯生（TCS）的反应动力学、反应机制及降解效果进行了实验研究.结果表明,高铁酸钾氧化降解TCS符合二级反应动力学模式,pH 8.5时表观二级反应动力学速率常数为531.9 L.（mol.s）-1,以10 mg.L-1的高铁酸钾计算,反应的半衰期是25.8 s.表观二级反应动力学速率常数随着pH值的增加逐渐降低,这种趋势可由高铁酸钾的各形态分布和TCS的酸碱解离常数来进行模拟.HFeO 4-与TCS的非解离态和解离态的反应速率常数分别为（4.1±3.5）×102L.（mol.s）-1和（1.8±0.1）×104 L.（mol.s）-1,且HFeO 4-与解离态TCS的反应占主导作用.线性自由能关系表明其反应机制为亲电氧化反应,反应的初始步骤是HFeO 4-亲电攻击TCS的酚羟基.当n[Fe（Ⅵ）]∶n（TCS）〉7∶1时,TCS完全去除,低浓度的腐殖酸有助于提高高铁酸钾氧化降解TCS的速率.因此,高铁氧化技术是一种极具应用前景的新型水处理技术.

英文摘要：

Triclosan（TCS） is a broad-spectrum antibacterial agent widely used in many personal care products.We investigated oxidation of TCS by aqueous ferrate Fe（Ⅵ） to determine reaction kinetics,interpreted the reaction mechanism by a linear free-energy relationship,and evaluated the degradation efficiency.Second-order reaction kinetics was used to model Fe（Ⅵ） oxidation of TCS,with the apparent second-order rate constant（kapp） being 531.9 L·（mol·s）-1 at pH 8.5 and（24±1） oC.The half life（t1/2） is 25.8 s for an Fe（Ⅵ） concentration of 10 mg·L-1.The rate constants of the reaction decrease with increasing pH values.These pH-dependent variations in kapp could be distributed by considering species-specific reactions between Fe（Ⅵ） species and acid-base species of an ionizable TCS.Species-specific second-order reaction rate constants,k,were determined for reaction of HFeO-4 with each of TCS＇s acid-base species.The value of k determined for neutral TCS was（4.1±3.5）×102 L·（mol·s）-1,while that measured for anionic TCS was（1.8±0.1）×104 L·（mol·s）-1.The reaction between HFeO-4 and the dissociated TCS controls the overall reaction.A linear free-energy relationship illustrated the electrophilic oxidation mechanism.Fe（Ⅵ） reacts initially with TCS by electrophilic attack at the latter＇s phenol moiety.At a n∶n（TCS）〉7∶1,complete removal of TCS was achieved.And lower concentration of the humic acid could enhance the kapp of Fe（Ⅵ） with TCS.In conclusion,Fe（Ⅵ） oxidation technology appears to be a promising tool for applications of WWTPs effluents and other decontamination processes.