过渡金属辅酶仿生体系催化还原降解全氟己磺酸

来源 :华侨大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yoyoyu2008
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全氟有机酸(PFAs)因其具有独特的物理化学性质,已被广泛应用于金属电镀、泡沫灭火剂等行业。继全氟辛磺酸(PFOS,C8)被限制生产后,链长更短的全氟己磺酸(PFHxS,C6)等替代品的生产和使用越加频繁,目前已表现出较高的污染潜力,但人们对其关注度不够。PFHxS性质稳定,常规方法难以将其去除,现有降解技术存在反应条件苛刻、去除成本较高等问题。本研究引入合适的电子供体,使用过渡金属辅酶催化还原降解工业级PFHxS(直链异构体占78.2%),并考察了关键影响因素对水中PFHxS脱氟效果的影响。研究结果表明,采用过渡金属辅酶维生素B12(VB12)催化柠檬酸钛不仅能够降解支链PFHxS,而且也能够同时降解直链PFHxS,这是首次报道直链PFHxS的仿生还原降解。VB12/柠檬酸钛体系还原降解PFHxS的过程可用准一级动力学模型拟合。当温度为75℃,在相对温和的初始pH(pH=8.30)下,工业级PFHxS降解速率常数为0.07d-1,半衰期为9.9d。液相色谱-三重四级杆质谱联用技术(LC-MS)分析结果表明,PFHxS还原降解过程没有标准PFAs产物生成。PFHxS脱氟加氢后因没有标准品作对照,借鉴前人研究成果,推测了PFHxS支链和直链异构体的潜在脱氟路径。在确定过渡金属辅酶能够催化还原降解PFHxS的基础上,通过控制反应条件(电子供体种类及其投加量、辅酶种类、温度、辅酶投加量、初始pH值等)单因素实验,分析在类似仿生体系下,主要环境因素对水中PFHxS的脱氟效果。研究结果表明,使用纳米零价铜(nCu0)作电子供体没有脱氟效果,使用血红素作金属辅酶没有脱氟效果。在VB12催化下,纳米零价锌(nZn0)和纳米零价铁(nFe0)均能够还原降解PFHxS,随着nZn0投加量增加,单位时间内PFHxS的脱氟率更高,但nZn0投加量达到一定值后对脱氟效果影响不大,而高浓度的nFe0对PFHxS的脱氟有抑制作用。以VB12/柠檬酸钛体系为例。升高温度能显著提高PFHxS的脱氟率,反应9d后,75℃下PFHxS的脱氟率分别是60℃、45℃、35℃、25℃条件下的1.6倍、6.4倍、17.1倍、32.8倍。VB12浓度在25-300μmol/L范围内,增大其投加量有利于PFHxS的还原脱氟,同时体系还原活性更强,当其投加量为300μmol/L时,反应9d后溶液中氟离子浓度为189.5μmol/L,脱氟率为7.29%。初始pH值对类似仿生体系的还原活性有显著影响,PFHxS降解率随初始pH增大而升高。pH为9.10时,反应8d后降解率为49.63%,分别是pH为4.94、6.65、7.13、7.80、8.30时降解率的2.63倍、1.53倍、1.63倍、1.26倍和1.11倍。同时本研究还跟踪了体系氧化还原电位(ORP)和pH的变化情况。
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