Overlooked Role of Fe(IV) and Fe(V) in Organic Contaminant Oxidation by Fe(VI)

化学 动力学 反应性(心理学) 氧化剂 反应速率常数 分解 无机化学 亚砜 反应机理 核化学 物理化学 催化作用 有机化学 医学 物理 替代医学 病理 量子力学
作者
Jiahui Zhu,Fulu Yu,Jiaoran Meng,Binbin Shao,Hongyu Dong,Wenhai Chu,Tongcheng Cao,Guangfeng Wei,Hejia Wang,Xiaohong Guan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (15): 9702-9710 被引量:229
标识
DOI:10.1021/acs.est.0c03212
摘要

Fe(VI) has received increasing attention since it can decompose a wide range of trace organic contaminants (TrOCs) in water treatment. However, the role of short-lived Fe(IV) and Fe(V) in TrOC decomposition by Fe(VI) has been overlooked. Using methyl phenyl sulfoxide (PMSO), carbamazepine, and caffeine as probe TrOCs, we observed that the apparent second-order rate constants (kapp) between TrOCs and Fe(VI) determined with the initial kinetics data were strongly dependent on the initial molar ratios of TrOCs to Fe(VI). Furthermore, the kapp value increases gradually as the reaction proceeds. Several lines of evidence suggested that these phenomena were ascribed to the accumulation of Fe(IV) and Fe(V) arising from Fe(VI) decay. Kinetic models were built and employed to simulate the kinetics of Fe(VI) self-decay and the kinetics of PMSO degradation by Fe(VI). The modeling results revealed that PMSO was mainly degraded by Fe(IV) and Fe(V) rather than by Fe(VI) per se and Fe(V) played a dominant role, which was also supported by the density functional theory calculation results. Given that Fe(IV) and Fe(V) have much greater oxidizing reactivity than Fe(VI), this work urges the development of Fe(V)/Fe(IV)-based oxidation technology for efficient degradation of TrOCs.
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