Insights into the oxidation of organic contaminants by Co(II) activated peracetic acid: The overlooked role of high-valent cobalt-oxo species

化学 过氧乙酸 激进的 钴 催化作用 活性氧 光化学 无机化学 过氧化氢 有机化学 生物化学
作者
Banghai Liu,Wanqian Guo,Wenrui Jia,Huazhe Wang,Shanshan Zheng,Qishi Si,Qi Zhao,Haichao Luo,Jin Jiang,Nanqi Ren
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:201: 117313-117313 被引量:282
标识
DOI:10.1016/j.watres.2021.117313
摘要

The combination of Co(II) and peracetic acid (PAA) is a promising advanced oxidation process for the abatement of refractory organic contaminants, and acetylperoxy (CH3CO3•) and acetoxyl (CH3CO2•) radicals are generally recognized as the dominant and selective intermediate oxidants. However, the role of high-valent cobalt-oxo species [Co(IV)] have been overlooked. Herein, we confirmed that Co(II)/PAA reaction enables the generation of Co(IV) at acidic conditions based on multiple lines of evidences, including methyl phenyl sulfoxide (PMSO)-based probe experiments, 18O isotope-labeling technique, and in situ Raman spectroscopy. In-depth investigation reveals that the PAA oxidation mechanism is strongly pH dependent. The elevation of solution pH could induce major oxidants converting from Co(IV) to oxygen-centered radicals (i.e., CH3CO3• and CH3CO2•). The presence of H2O2 competitively consumes both Co(IV) and reactive radicals generated from Co(II)/PAA process, and thus, leading to an undesirably decline in catalytic performance. Additionally, as a highly reactive and selective oxidant, Co(IV) reacts readily with organic substances bearing electron-rich groups, and efficiently attenuating their biological toxicity. Our findings enrich the fundamental understanding of Co(II) and PAA reaction and will be useful for the application of Co(IV)-mediated processes.
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