Picolinic Acid-Mediated Catalysis of Mn(II) for Peracetic Acid Oxidation Processes: Formation of High-Valent Mn Species

化学 过氧乙酸 吡啶甲酸 催化作用 醋酸 自动氧化 核化学 过氧化氢 螯合作用 激进的 邻苯二甲酸 无机化学 有机化学
作者
Juhee Kim,Junyue Wang,Daniel C. Ashley,Virender K. Sharma,Ching‐Hua Huang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (47): 18929-18939 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c00765
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Metal-based advanced oxidation processes (AOPs) with peracetic acid (PAA) have been extensively studied to degrade micropollutants (MPs) in wastewater. Mn(II) is a commonly used homogeneous metal catalyst for oxidant activation, but it performs poorly with PAA. This study identifies that the biodegradable chelating ligand picolinic acid (PICA) can significantly mediate Mn(II) activation of PAA for accelerated MP degradation. Results show that, while Mn(II) alone has minimal reactivity toward PAA, the presence of PICA accelerates PAA loss by Mn(II). The PAA-Mn(II)-PICA system removes various MPs (methylene blue, bisphenol A, naproxen, sulfamethoxazole, carbamazepine, and trimethoprim) rapidly at neutral pH, achieving >60% removal within 10 min in clean and wastewater matrices. Coexistent H 2 O 2 and acetic acid in PAA play a negligible role in rapid MP degradation. In-depth evaluation with scavengers and probe compounds ( tert -butyl alcohol, methanol, methyl phenyl sulfoxide, and methyl phenyl sulfone) suggested that high-valent Mn species (Mn(V)) is a likely main reactive species leading to rapid MP degradation, whereas soluble Mn(III)-PICA and radicals (CH 3 C(O)O • and CH 3 C(O)OO • ) are minor reactive species. This study broadens the mechanistic understanding of metal-based AOPs using PAA in combination with chelating agents and indicates the PAA-Mn(II)-PICA system as a novel AOP for wastewater treatment.
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