紫外/过氧乙酸(UV/PAA)作为一种新兴的高级氧化技术,能产生·OH和CH₃C(O)O•等自由基。然而,其在中性pH下的效能和自由基产率仍有提升空间。将微量Fe²⁺引入该体系,可以构成类芬顿反应:Fe²⁺催化PAA分解产生CH₃C(O)O•和·OH,自身被氧化为Fe³⁺。在紫外光照射下,PAA及其分解产物(主要是乙酸)会与Fe³⁺形成具有光化学活性的络合物(如Fe³⁺-乙酸络合物)。这些络合物在紫外光下发生分子内电子转移,将Fe³⁺重新还原为Fe²⁺,同时产生额外的有机自由基。这一光化学过程完美地解决了传统芬顿反应中Fe²⁺不可持续和Fe³⁺累积的瓶颈,构成了一个自循环的光芬顿体系,且由于使用了PAA而非H₂O₂,其产生的有机自由基(CH₃C(O)O•、·CH₃等)具有独特的反应选择性。
本研究系统评估了UV/PAA/Fe²⁺体系在近中性pH(6.0-7.0)下,对磺胺甲噁唑(SMX)和四环素(TC)的降解效能。结果表明,该体系对这两种抗生素的降解速率常数,分别是相同条件下UV/H₂O₂/Fe²⁺体系的2.5倍和3.1倍。通过添加特异性的自由基淬灭剂和探针化合物,定量分析了各活性物种的贡献,发现·OH和CH₃C(O)O•是降解SMX的主要物种,而高价态Fe(IV)=O络合物对TC的降解也贡献显著。紫外-可见吸收光谱证实了Fe³⁺-羧酸络合物的生成及其光解过程。该体系在含有高浓度Cl⁻和HCO₃⁻的复杂水体中,仍保持较高的抗生素降解率,展现了优越的抗干扰性能,这得益于有机自由基对背景物质较低的敏感性。
消毒副产物(DBPs)的生成分析显示,UV/PAA/Fe²⁺体系产生的卤代DBPs总量远低于含氯的UV/Cl₂/Fe²⁺体系。处理后的溶液对发光菌的急性毒性显著降低。该研究证实,UV/PAA/Fe²⁺是一种能在近中性pH下高效运行、抗干扰能力强、且二次污染风险低的新型光芬顿技术,在抗生素废水深度处理和水环境修复中具有广阔的应用前景。
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