Oxidation Mechanisms of the UV/Free Chlorine Process: Kinetic Modeling and Quantitative Structure Activity Relationships

化学 激进的 反应速率常数 苯甲酸 动力学 动能 水溶液 反应级数 光化学 无机化学 有机化学 量子力学 物理
作者
Shiqing Zhou,Weiqiu Zhang,Julong Sun,Shumin Zhu,Ke Li,Xiaoyang Meng,Jinming Luo,Zhou Shi,Dandan Zhou,John C. Crittenden
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (8): 4335-4345 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acs.est.8b06896
摘要

Recently, the UV/free chlorine process has gained attention as a promising technology for destroying refractory organic contaminants in the aqueous phase. We have developed a kinetic model based on first-principles to describe the kinetics and mechanisms of the oxidation of organic contaminants in the UV/free chlorine process. Substituted benzoic acid compounds (SBACs) were chosen as the target parent contaminants. We determined the second-order rate constants between SBACs and reactive chlorine species (RCS; including Cl·, Cl2−· and ClO·) by fitting our model to the experimental results. We then predicted the concentration profiles of SBACs under various operational conditions. We analyzed the kinetic data and predicted concentration profiles of reactive radicals (HO· and RCS), we found that ClO· was the dominant radicals for SBACs destruction. In addition, we established quantitative structure activity relationships (QSARs) that can help predict the second-order rate constants for SBACs destruction by each type of reactive radicals using SBACs Hammett constants. Our first-principles-based kinetic model has been verified using experimental data. Our model can facilitate a design for the most cost-effective application of the UV/free chlorine process. For example, our model can determine the optimum chlorine dosage and UV light intensity that result in the lowest energy consumption.
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