Peroxydisulfate-Driven Reductive Dechlorination as Affected by Soil Constituents: Free Radical Formation and Conversion

化学 过氧二硫酸盐 激进的 过硫酸盐 脱氯作用 环境修复 生物炭 光化学 氧化还原 猝灭(荧光) 环境化学 无机化学 催化作用 有机化学 荧光 热解 生物降解 生态学 物理 量子力学 污染 生物
作者
Jibo Dou,Xin Su,Jinliang Wu,Shuyao Li,Hengyi Dai,Meng Liu,Yao Tang,Zhijiang Lu,Jianming Xu,Yan He
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c08759
摘要

We report a previously unrecognized but efficient reductive degradation pathway in peroxydisulfate (PDS)-driven soil remediation. With supplements of naturally occurring low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) in anaerobic biochar-activated PDS systems, degradation rates of 12 γ-hexachlorocyclohexanes (HCH)-spiked soils boosted from 40% without LMWOAs to a maximum of 99% with 1 mM malic acid. Structural analysis revealed that an increase in α-hydroxyl groups and a diminution in pKa1 values of LMWOAs facilitated the formation of reductive carboxyl anion radicals (COO•-) via electrophilic attack by SO4•-/•OH. Furthermore, degradation kinetics were strongly correlated with soil organic matter (SOM) contents than iron minerals. Combining a newly developed in situ fluorescence detector of reductive radicals with quenching experiments, we showed that for soils with high, medium, and low SOM contents, dominant reactive species switched from singlet oxygen/semiquinone radicals to SO4•-/•OH and then to COO•- (contribution increased from 30.8 to 66.7%), yielding superior HCH degradation. Validation experiments using SOM model compounds highlighted critical roles of redox-active moieties, such as phenolic - OH and quinones, in radical formation and conversion. Our study provides insights into environmental behaviors related to radical activation of persulfate in a broader soil horizon and inspiration for more advanced reduction technologies.
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