Degradation of Sulfamethoxazole by Manganese(IV) Oxide in the Presence of Humic Acid: Role of Stabilized Semiquinone Radicals

化学 腐植酸 降级(电信) 激进的 磺胺甲恶唑 半醌 无机化学 环境化学 氧化物 光化学 氧化还原 有机化学 生物化学 抗生素 电信 肥料 计算机科学
作者
Zhong Chen,Hongbin Cao,Qingguo Huang,Yongbing Xie,He Zhao
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (36): 13625-13634 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c03698
摘要

In this work, we demonstrate for the first time the abatement of sulfamethoxazole (SMX) induced by stabilized ortho-semiquinone radicals (o-SQ•-) in the MnO2-mediated system in the presence of humic acid. To evaluate the performance of different MnO2/mediator systems, 16 mediators are examined for their effects on MnO2 reactions with SMX. The key role of the bidentate Mn(II)-o-SQ complex and MnO2 surface in stabilizing SQ•- is revealed. To illustrate the formation of the Mn(II)-o-SQ complex, electron spin resonance, cyclic voltammetry, and mass spectra were used. To demonstrate the presence of o-SQ on the MnO2 surface, EDTA was used to quench Mn(II)-o-SQ. The high stability of o-SQ•- on the MnO2 surface is attributed to the higher potential of o-SQ•- (0.9643 V) than the MnO2 surface (0.8598 V) at pH 7.0. The SMX removal rate constant by different stabilized o-SQ at pH 7.0 ranges from 0.0098 to 0.2252 min-1. The favorable model is the rate constant ln (kobs, 7.0) = 6.002EHOMO(o-Qred) + 33.744(ELUMO(o-Q) - EHOMO(o-Qred)) - 32.800, whose parameters represent the generation and reactivity of o-SQ, respectively. Moreover, aniline and cystine are competitive substrates for SMX in coupling o-SQ•-. Due to the abundance of humic constituents in aquatic environments, this finding sheds light on the low-oxidant-demand, low-carbon, and highly selective removal of sulfonamide antibiotics.
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