低浓度Fe2+&H2O2体系中性条件下双酚A降解机制及中间体毒性演化研究

推荐：针对新兴污染物去除效率低、传统Fenton技术需酸性环境等问题，研究人员通过低浓度Fe2+&H2O2（1:1摩尔比）体系在中性条件下高效降解双酚A（BPA），揭示其通过原位羧基化自供酸机制实现90%以上降解率，并阐明中间体毒性随浓度升高的演化规律，为低成本污染物治理提供新策略。

　　

随着城市化进程加速，药品、内分泌干扰物和个人护理品等新兴污染物在水体中广泛检出，对生态环境和人类健康构成严重威胁。双酚A（BPA）作为典型的内分泌干扰物，因其持久性和生物累积性成为治理难点。传统Fenton技术虽能有效降解污染物，但需酸性环境（pH 3-4）且产生大量铁泥，而Fenton-like技术又面临成本高或二次污染等问题。如何实现中性条件下高效、低耗的污染物降解，成为环境领域亟待突破的科学难题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Water Cycle》发表论文，创新性地提出低浓度Fe²⁺&H₂O₂（0.05-0.2 mM）中性降解体系。研究发现，该体系通过BPA分子原位氧化生成羧基并释放H⁺自供酸性环境，在无需外加酸条件下20分钟内即可实现90%以上BPA降解效率，且降解产物最终趋向低毒化。这一机制为突破传统Fenton技术瓶颈提供了全新思路。

研究采用液相色谱-质谱联用（LCMS-IT-TOF）鉴定中间体，结合密度泛函理论（DFT）计算活性位点；通过毒性估算软件（T.E.S.T）和定量构效关系（QSAR）评估中间体急性毒性（LC₅₀-48h/IGC₅₀-48h）、生物累积因子（BAF）及发育毒性；采用自动电位滴定仪定量羧基含量，羟基自由基浓度通过HPLC-UV测定。

3.1 BPA降解效果
在0.15 mM Fe²⁺&H₂O₂中性条件下，20分钟内BPA降解率达91%，矿化率32%。对比实验证实降解主要依赖Fenton氧化而非铁盐混凝作用。

3.2 降解机制
关键发现是pH从7.0自发降至4.1，源于BPA氧化生成的羧基（12.4 μmol/mg·DOC）释放H⁺。羟基自由基浓度达174 μM（0.2 mM时），形成"羧基化-自供酸-持续氧化"循环。

3.3 降解路径与毒性演化
DFT计算显示C1/C25为最易受攻击位点。LC-MS鉴定出16种中间体：低浓度（0.05-0.1 mM）时产生含苯环高毒物B2-B5（LC₅₀-48h 1.34-1.56 mg/L）；0.15 mM时转化为羧基富集物B11-B13；0.2 mM时进一步矿化为短链有机酸（B14-B17）。QSAR分析显示，0.2 mM条件下中间体BAF<10且发育毒性消失。

该研究突破性揭示了中性条件下污染物分子自供酸驱动Fenton氧化的新机制，证实通过调控Fe²⁺&H₂O₂浓度可定向导向低毒产物。研究不仅为BPA治理提供优化参数（推荐0.2 mM），其普适性更在PCMX和PAM降解中得到验证，为发展低成本、低环境风险的污染物处理技术奠定理论基础。