Experimental determination and QSAR analysis of the rate constants for SO5•− reactions with aromatic micropollutants in water

数量结构-活动关系 化学 反应速率常数 线性回归 酚类 动力学 反应性(心理学) 计算化学 物理化学 立体化学 有机化学 物理 机器学习 计算机科学 医学 病理 量子力学 替代医学
作者
Yihui Zhang,Kun Ping Lu,Wenyu Wang,Juntao Guo,Yongrong Zou,Jing Xu,Jinjun Li,Ivan P. Pozdnyakov,Feng Wu
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:346: 140598-140598 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.140598
摘要

S(IV)-based systems used for advanced oxidation processes (AOPs) have been constructed for the degradation of organic contaminants via oxysulfur radicals, including SO3•−, SO4•−, and SO5•−. Although SO5•− is proposed as an active species in AOPs processes, research on the reactivity of SO5•− has remained unclear. In this work, 53 target aromatic micropollutants (AMPs), including 13 phenols, 27 amines, and 13 PPCPs were selected to determine the second-order reaction rate constants for SO5•− using the competitive kinetics method, in which the kSO5•− values, observed at pH 4 ranged from (2.44 ± 0.00) × 105 M−1 s−1 to (4.41 ± 0.28) × 107 M−1 s−1. Quantitative structure-activity relationship (QSAR) models for the oxidation of AMPs by SO5•− were developed based on 40 kSO5•− values of amines and phenols, and their molecular descriptors, using the stepwise multiple linear regression method. This comprehensive model exhibited the excellent goodness-of-fit (Radj2 = 0.802), robustness (QLOO2 = 0.749), and predictability (Qext2 = 0.656), and the one-electron oxidation potential (Eox), energy of the highest occupied molecular orbital energy (EHOMO), and most positive net atomic charge on the carbon atoms (qC+) were considered the most influential descriptors for the comprehensive model, indicating that SO5•− oxidizes pollutants via single electron transfer reaction and exhibits a strong oxidation capacity, especially for pollutants containing electron-donating groups. Moreover, the kSO5•− values of 13 PPCPs were predicted using this comprehensive model, which suggested the practical application significance of the QSAR model. This study emphasizes the direct oxidation capacity of SO5•−, which is important to evaluate and simulate AOPs based on S(IV).
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