Synergizing Surface-Bound Radicals with Singlet Oxygen to Expedite Emerging Organic Contaminant Degradation in Soil-Based Heterogeneous Surface Oxidation

过氧二硫酸盐 单线态氧 激进的 降级(电信) 环境化学 硫化物 催化作用 光化学 化学 污染物 无机化学 电子转移 单重态 氧气 电化学 氧化还原 活性氧 同种类的 化学工程 氧化磷酸化 铁质 臭氧 环境修复 土壤污染物 矿化(土壤科学) 挥发 电子受体 微粒 污染 土壤污染 分解 污染 零价铁
作者
Qi Wang,Yanlin Wu,Yuang Shan,Wenbo Dong
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (42): 22901-22913 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c04418
摘要

The inefficient degradation of emerging organic contaminants (EOCs) in complex soil environments is mainly due to the improper consumption of reactive oxidative species (ROS) by non-target background substances and limited mass transfer. Herein, we developed iron sulfide (FeS) as a structurally stable heterogeneous catalyst to selectively and continuously generate ROS via peroxydisulfate (PDS) activation. Synthesized FeS demonstrated exceptional PDS activation, achieving 95.44% carbamazepine (CBZ) removal, with high resistance to coexisting soil substances and strong pH tolerance. Mechanistic studies confirmed that CBZ degradation was driven by surface-bound SO 4 •– radicals and singlet oxygen ( 1 O 2 ). The presence of sulfide species in Fe x S y significantly enhanced the electrochemical performance of the catalyst, accelerating the Fe(III)/Fe(II) cycle. The results suggested that oxidation of target pollutants occurs near the soil surface rather than in bulk solution, reducing the mass transfer distance and improving ROS utilization. Two degradation pathways for CBZ were proposed, resulting in a considerable reduction in CBZ toxicity, and the oxidation system has little effect on the soil matrix. Heterogeneous surface oxidation demonstrates stronger oxidative capacity, electron transfer, and mass-transfer efficiency in comparison to homogeneous systems, suggesting its significant potential for remediating EOCs in soil throughout a broad pH range.
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