Direct Electron Transfer-Driven Nontoxic Oligomeric Deposition of Sulfonamide Antibiotics onto Carbon Materials for In Situ Water Remediation

磺胺 环境修复 原位 碳纤维 地下水修复 沉积(地质) 化学 环境化学 电子转移 化学工程 污染 材料科学 有机化学 工程类 地质学 复合材料 古生物学 沉积物 复合数 生物 生态学
作者
Jiu-Yun Liu,Pijun Duan,Mingxue Li,Zhiquan Zhang,Chang‐Wei Bai,Xin-Jia Chen,Yan Kong,Fei Chen
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (27): 12155-12166 被引量:76
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c05008
摘要

The rising in situ chemical oxidation (ISCO) technologies based on polymerization reactions have advanced the removal of emerging contaminants in the aquatic environment. However, despite their promise, uncertainties persist regarding their effectiveness in eliminating structurally complex contaminants, such as sulfonamide antibiotics (SAs). This study elucidated that oligomerization, rather than mineralization, predominantly governs the removal of SAs in the carbon materials/periodate system. The amine groups in SAs played a crucial role in forming organic radicals and subsequent coupling reactions due to their high f – index and low bond orders. Moreover, the study highlighted the robust adhesion of oligomers to the catalyst surface, facilitated by enhanced van der Waals forces and hydrophobic interactions. Importantly, plant and animal toxicity assessments confirmed the nontoxic nature of oligomers deposited on the carbon material surface, affirming the efficacy of carbon material-based ISCO in treating contaminated surface water and groundwater. Additionally, a novel classification approach, Δlog k, was proposed to differentiate SAs based on their kinetic control steps, providing deeper insights into the quantitative structure–activity relationship (QSAR) and facilitating the selection of optimal descriptors during the oligomerization processes. Overall, these insights significantly enhance our understanding of SAs removal via oligomerization and demonstrate the superiority of C-ISCO based on polymerization in water decontamination.
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