Sulfamethoxazole Transformation by Heat-Activated Persulfate: Linking Transformation Products Patterns with Carbon and Nitrogen Isotope Fractionation

分馏 转化(遗传学) 化学 过硫酸盐 环境化学 同位素分馏 氮气 碳纤维 同位素 有机化学 材料科学 催化作用 生物化学 复合材料 物理 复合数 基因 量子力学
作者
Xiao Liu,Jimmy Köpke,Caglar Akay,Steffen Kümmel,Gwenaël Imfeld
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (11): 5704-5714 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c09732
摘要

Sulfamethoxazole (SMX) is a frequently detected antibiotic in groundwater, raising environmental concerns. Persulfate oxidation is used for micropollutant removal. To investigate SMX transformation by persulfate, experiments were conducted using heat-activated persulfate at pH 3, 7, and 10. TP269a (SMX-hydroxylamine) and TP178 were identified as the dominant TPs across the pH levels. The exclusive formation of 4-nitroso-SMX, 4-nitro-SMX, and TP518 at pH 3 highlighted the role of SO4•- in attacking the NH2. At pH 7 and 10, 3A5MI emerged as the dominant TP. Carbon isotopic fractionation (εC = -1.3 ± 0.5‰, -1.1 ± 0.4‰, and -1.1 ± 0.3‰ at pH 3, 7, and 10) remained consistent across pH levels, caused by the formation of TP178 involving C-S bond cleavage. An inverse nitrogen isotope fractionation at pH 3 (εN = +0.68 ± 0.11‰) was associated with SO4•--induced single-electron transfer. Conversely, normal nitrogen isotope fractionation at pH 10 (εN = -0.27 ± 0.04‰) was associated with N-H bond cleavage by H abstraction through HO and N-S bond cleavage. The inverse nitrogen isotope fractionation at pH 7 indicated that the dominant pathway involved SO4•- reactions, accounting for 74%. Overall, the results highlight the potential of CSIA to elucidate SMX oxidation pathways.
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