Trivalent Copper Ion-Mediated Dual Oxidation in the Copper-Catalyzed Fenton-Like System in the Presence of Histidine

化学 氨基三乙酸 螯合作用 催化作用 无机化学 氧化还原 组氨酸 电子顺磁共振 苯甲酸 羟基自由基 铁质 核化学 激进的 有机化学 物理 核磁共振
作者
Erwin Jongwoo Park,Kimyeong Lee,Tae‐Wan Kim,Dong-Hyun Lee,Min Sik Kim,Changha Lee
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (24): 10852-10862 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c03689
摘要

The Cu(II)/H2O2 system is recognized for its potential to degrade recalcitrant organic contaminants and inactivate microorganisms in wastewater. We investigated its unique dual oxidation strategy involving the selective oxidation of copper-complexing ligands and enhanced oxidation of nonchelated organic compounds. L-Histidine (His) and benzoic acid (BA) served as model compounds for basic biomolecular ligands and recalcitrant organic contaminants, respectively. In the presence of both His and BA, the Cu(II)/H2O2 system rapidly degraded His complexed with copper ions within 30 s; however, BA degraded gradually with a 2.3-fold efficiency compared with that in the absence of His. The primary oxidant responsible was the trivalent copper ion [Cu(III)], not hydroxyl radical (•OH), as evidenced by •OH scavenging, hydroxylated BA isomer comparison with UV/H2O2 (a •OH generating system), electron paramagnetic resonance, and colorimetric Cu(III) detection via periodate complexation. Cu(III) selectively oxidized His owing to its strong chelation with copper ions, even in the presence of excess tert-butyl alcohol. This selectivity extended to other copper-complexing ligands, including L-asparagine and L-aspartic acid. The presence of His facilitated H2O2-mediated Cu(II) reduction and increased Cu(III) production, thereby enhancing the degradation of BA and pharmaceuticals. Thus, the Cu(II)/H2O2 system is a promising option for dual-target oxidation in diverse applications.
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