基于 N-OH 基团激活高铁酸盐（Fe (VI)）：提升氧化效能与选择性降解污染物的新策略

针对 Fe (VI) 氧化污染物时利用率低的问题，研究人员引入 redox mediator HBT 构建 Fe (VI)/HBT 体系。结果显示 ΔSMX/ΔFe (VI) 达 0.82，远超 Fe (VI) 体系的 0.24，SMX 降解速率提升 10.2 倍。HBT 通过抑制 Fe (VI)/Fe (V) 自衰减，生成高选择性 HBT•，为增强 Fe (VI) 氧化能力提供新视角。

　　

在全球环境治理的大背景下，新兴污染物（ECs）的威胁日益凸显。这些微量污染物即便在极低浓度下，也可能对人类健康和水生生态系统构成潜在风险。高级氧化技术（AOPs）虽能有效去除 ECs，但在复杂水环境中，其产生的活性自由基易被背景成分清除，大大降低处理效果。

高铁酸盐（Fe (VI)）因能选择性去除富电子类 ECs 且抗基质干扰，成为研究热点。然而，它的氧化效能受 pH 影响大，在中性和碱性条件下效率低下（碱性条件下标准电极电势 E₀=0.70 V，酸性条件下 E₀=2.20 V）。更关键的是，Fe (VI) 还原过程中生成的 Fe (V/IV) 虽反应活性更高，却易自衰减为无活性的 H₂O₂和 O₂，导致实际氧化能力远低于理论值，严重制约其应用。

为解决这些难题，研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Journal of Hazardous Materials》。

研究采用的主要关键技术方法包括：选取磺胺甲噁唑（SMX）为主要目标污染物，另选六种污染物评估体系选择性；通过光谱分析和淬灭实验鉴定活性物种；运用密度泛函理论（DFT）计算，分析化合物亲电指数与降解速率的关系；对 SMX 降解产物分析以推导降解路径；对比含 N-OH 基团的其他化合物（如紫尿酸）的作用效果。

降解效果提升显著

在 pH 8 的条件下，对比 Fe (VI) 体系与 Fe (VI)/HBT 体系对 SMX 的降解效果。结果显示，HBT 的加入显著加速了 SMX 的氧化速率，10 分钟内 SMX 的去除率从约 26% 大幅提升至 92%，伪一级反应速率常数（k_obs）从 0.0254 min^?1提高到 0.259 min^?1，提升了 10.2 倍。

HBT 增强机制明确

HBT 主要通过阻碍 Fe (VI)/Fe (V) 的自衰减，引导氧化能力从 Fe (VI) 有效转移到更具反应活性的 Fe (V/IV)/HBT^•物种，从而提升 Fe (VI) 的利用率和选择性氧化能力。其中 HBT^•因具有更高的 redox 电势和更好的选择性，能比 Fe (VI) 更快更精准地选择污染物进行氧化。

广泛适用性得到验证

密度泛函理论计算表明，在 Fe (VI)/HBT 体系中，亲电指数低于 1.49 的化合物的 ln (k_obs) 显著增加。此外，其他含 N - 共轭羟基的化合物（如紫尿酸）能使 Fe (VI) 介导的 SMX 降解增强 13-33 倍，表明 N-OH 基团在激活 Fe (VI) 方面具有广泛适用性。

该研究明确了 HBT 在 Fe (VI) 体系中的关键作用，即通过生成高活性的 Fe (V/IV)/HBT^•物种，大幅提升了 Fe (VI) 的氧化效率和选择性。这一发现为增强 Fe (VI) 的氧化能力提供了全新视角，强调了有机自由基在污染物去除中的作用，以及含 N-OH 基团的天然有机物激活 Fe (VI) 的潜力。同时，为 Fe (VI) 在水处理中的更广泛应用奠定了理论基础，有望推动环境中新兴污染物治理技术的发展。