Environmentally Relevant Concentrations of Nanomaterials Drive Photochemical Production of Reactive Species and Pollutant Degradation in Surface Waters

纳米材料 环境化学 污染物 降级(电信) 化学 溶解有机碳 地表水 羟基自由基 水处理 光化学 水污染物 有机质 有机化学品 天然有机质 化学工程 环境科学 人类健康
作者
Joshua Quinn,Aidan McClure,Pierre Herckès,Paul K. Westerhoff
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-78433-9
摘要

Reactive intermediates in surface waters are widely attributed to dissolved organic matter (DOM). Natural, incidental, or engineered nanomaterials simultaneously occur at parts per billion and can function as photocatalysts, yet the photochemical role of nanomaterials at environmentally relevant concentrations remains overlooked in surface water photochemistry. Here, we quantify reactive intermediates from TiO2 nanomaterials (1–100 μg L−1) and DOM (1–5 mgC L−1) under 222, 265, and 365 nm. Despite lower concentrations relative to DOM, TiO2 produces hydroxyl radical (HO•) rates 10× to 100× higher per unit mass, resulting in comparable HO• formation. DOM plus nanomaterial mixtures shows synergistic behavior, with HO• formation 16-21% above additive predictions. DOM has limited impact in the degradation of 6PPD-quinone whereas nanomaterials enhanced its degradation due to elevated [HO•]ss. These results demonstrate nanomaterials can contribute to or exceed DOM in HO• driven micropollutant degradation in surface waters or engineered ultraviolet-light water treatment systems. Environmentally relevant nanomaterial concentrations can rival dissolved organic matter in driving pollutant transformation under sunlight or UV-based water treatment.
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