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我院潘丙才教授团队关于水体毒性无机含氧酸盐去除的最新研究进展

       亚砷酸(AsO33-)和硝酸盐(NO3-)是水体中广泛存在的无机含氧酸盐污染物,对人体健康有着潜在风险。氧化和还原转化分别是亚砷酸和硝酸盐去除过程中的重要方法。由于两者具有相近的氧化还原电势,目前尚无有效的化学方法可以在一个过程中实现两者的协同氧化和还原转化。
图1. UV/AA 过程中亚砷酸和硝酸盐的协同氧化还原转化

       我院张淑娟教授数年来致力于基于小分子双酮的水污染控制化学研究,已发表多篇关于小分子双酮在光化学、零价铁化学、酶动力学以及混凝等水处理方面的研究论文。近日,张淑娟教授通过UV/AA(乙酰丙酮)法成功实现了亚砷酸和硝酸盐的同步氧化还原转化。浓度为mg/L量级的亚砷酸可在数分钟内被完全氧化为容易通过吸附、混凝等方法去除的五价砷,与此同时,硝酸盐被还原为氨氮。亚砷酸和硝酸盐共存时可发生协同转化(图1),比单独存在时的转化效率更高。
       直接电子转移和活性氧的产生被认为是UV/AA体系实现亚砷酸和硝酸盐氧化还原转化的两种途径。该研究通过理论计算和实验测量相结合,证明激发态AA可歧化为具有更高和更低氧化还原电势的两种自由基,从而实现在基态下不能完成的反应。此外,通过对其他活性氧的排除,羟基自由基和单线态氧的产生被推测为亚砷酸氧化的关键活性粒子,解释了亚砷酸和硝酸盐共存时的协同效应。
       除亚砷酸-硝酸盐共存体系外,张淑娟教授的研究结果表明UV/AA法对亚砷酸-铬酸盐共存体系具有类似的协同转化效果,转化效率相较于亚砷酸-硝酸盐体系更高。这一研究为水体毒性无机含氧酸盐的高效转化提供了新的解决思路,并进一步拓宽了UV/AA法在水污染控制领域的潜在应用范围。
       这一研究成果于2017年7月30日在线发表于《Water Research》(https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.07.071)。该研究工作的第一作者为陈志豪博士研究生,通讯作者为张淑娟教授,潘丙才教授为共同作者。研究得到了国家优秀青年科学基金(21522702)的资助和南京大学高性能计算中心的支持。

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