-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
铜基高级氧化过程中抗坏血酸调控的动力学机制及在低氯环境下的高效污染物降解研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年08月07日 来源：Water Research 12.4
编辑推荐：
为解决铜基高级氧化过程(Cu-AOPs)在近中性pH和不同氯离子浓度下效率受限的问题，研究人员通过构建Cu(II)/AA/H2O2体系的动力学模型，揭示了抗坏血酸(AA)通过加速Cu(II)/Cu(I)循环促进Cu(III)生成的机制，提出分步投加AA的策略使甲酸盐降解率提升至90%以上，为低氯废水处理提供了经济高效的解决方案。
水处理领域一直面临传统Fenton工艺需强酸性环境、铁泥副产物多等瓶颈问题。尤其对于含氯离子的废水，铜基高级氧化技术(Cu-AOPs)虽能在近中性pH运行，但存在铜循环效率低、氧化剂利用率不足等挑战。如何通过绿色添加剂提升铜催化活性，成为环境工程领域的重要研究方向。
新南威尔士大学(UNSW Sydney)的Maximiliano Ferrer团队在《Water Research》发表研究，创新性地将抗坏血酸(AA)引入Cu(II)/H2O2体系，通过多尺度实验与建模揭示了AA的"双刃剑"效应：既能通过快速还原Cu(II)加速铜循环，其氧化产物又会猝灭关键氧化物种Cu(III)。研究人员采用紫外可见光谱、电子顺磁共振(EPR)和放射性同位素示踪等技术，结合Kintek Explorer动力学模拟，系统考察了0.01-0.7 M氯离子浓度范围内的反应机制。
关键方法
建立包含18个反应的动力学模型，采用"CuL"简化法处理铜物种；
通过Cu(III)-高碘酸盐复合物特征吸收峰(415 nm)定量Cu(III)；
采用14C标记甲酸追踪降解路径；4) 优化AA分步投加策略(每10分钟0.5 mM)。
3.1 Cu(II)/AA系统
在无外加H2O2条件下，AA通过反应Cu(II)+AA→Cu(I)+A•-启动自由基链反应，但生成的H2O2浓度不足(<5 μM)导致Cu(III)产率受限。当[Cl-]从0.01 M增至0.7 M时，甲酸盐降解率从40%降至<5%，源于氯络合物降低Cu(I)/O2反应速率(k1从750降至0.9 M-1s-1)。
3.2 Cu(II)/H2O2/AA系统
添加AA使Cu(I)浓度提升3倍，10分钟内H2O2分解速率提高5倍。但AA及其氧化产物DHA/DKG会通过高速率反应(k8=9.2×107 M-1s-1)猝灭Cu(III)，导致降解效率停滞在40%。EPR检测证实体系中Cu(III)是主要氧化物种，未检测到氯自由基信号。
3.3 优化策略
模型指导的AA分步投加方案(4次追加，每次0.5 mM)使甲酸盐降解率达93%，罗丹明B降解率达87%。经济分析显示该方案处理成本仅1.43 �/m3，较传统Fenton工艺降低44%。
这项研究不仅阐明了AA在铜催化体系中的复杂作用机制，更通过精准的动力学调控实现了近中性条件下高效降解污染物。所建立的模型可推广至其他有机污染物体系，为发展绿色、低成本的废水处理技术提供了重要理论支撑。特别值得注意的是，该方法使用的铜浓度(10 μM)远低于饮用水标准(20.5 μM)，且AA残留量低于安全阈值，具有显著的工程应用前景。
生物通微信公众号
知名企业招聘
