维生素B12催化还原降解全氟辛磺酸

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全氟有机酸(perfluorinated acids,PFAs)作为继多氯联苯和二噁英之后日益引起重视的新型持久性有机污染物,其对地下水等饮用水源的污染具有一定的潜在健康风险。全氟辛磺酸(C8,PFOS)作为PFAs的典型代表,其现有去除技术普遍存在反应条件苛刻、处理成本高等缺点。因此,目前亟需开发经济有效且反应条件温和的PFOS降解技术。本研究采用土壤微生物能够合成的维生素B12(VB12)作为催化剂,研究其在温和条件下催化柠檬酸钛(III)、纳米零件铁(nFe0)和纳米零价铜(nCu0)等电子供体还原降解PFOS的性能。同时,采用HPLC-MS/MS和HPLC-QTOF分析稳态降解产物,并结合同位素标记技术(13C4-PFOS),研究VB12催化降解PFOS的降解途径和降解机理。VB12催化柠檬酸钛(III)还原降解PFOS的实验结果表明:1)反应温度越高,反应时间越长,PFOS的脱氟率与降解率越高。2)稳态降解产物包括全氟十四烷酸(C14,PFTA)、全氟十二烷酸(C12,PFDoA)、全氟癸酸(C10,PFDA)、全氟壬酸(C9,PFNA)、全氟辛酸(C8,PFOA)、全氟庚酸(C7,PFHpA)和全氟己酸(C6,PFHxA)等7种全氟羧酸(PFCAs),全氟庚磺酸(PFHpS)、全氟己磺酸(PFHxS)等2种全氟烷基磺酸(PFSAs),1H-全氟戊烷、1H-全氟己烷、1H-全氟庚烷、1H-全氟壬烷、1H-全氟癸烷、1H-全氟十一烷和1H-全氟十三烷等7种全氟烷烃。3)PFOS还原降解途径如下:(i)13C4-PFOS断裂C-S键生成C8F17·自由基并水解生成13C4-PFOA,或者C8F17·自由基连接4个-CF2-基团并水解生成13C4-PFDoA。(ii)13C4-PFOS断裂6,7号碳之间的C-C键后连接4个-CF2-基团生成C6F13·自由基,再与SO3-重新组合生成PFHxS,或者水解生成PFHxA。13C4-PFOS断裂5,6号碳之间的C-C键后连接4个-CF2-基团生成生成C7F15·自由基,再与SO3-重新组合生成PFHpS,或者水解生成PFHpA。(iii)中间产物PFHx S脱去磺酸基团生成C6F13·自由基,连接4个-CF2-基团后水解生成PFDA,或者连续连接4个-CF2-基团后水解形成PFTA。PFNA则是由假定产物PFPeS按照此种规律生成的。(iv)短链全氟烷烃是PFOS脱掉磺酸基团后被H取代后生成的,长链全氟烷烃则是短链的全氟烷烃连接4个-CF2-基团生成的。VB12催化nCu0还原降解PFOS的研究结果表明该体系不能够有效去除PFOS。VB12催化n Fe0还原降解PFOS的研究结果表明:1)当温度为70℃、VB12的浓度200umol/L、nFe0投加量2.0 g/L时,PFOS的脱氟降解效果最好,相应的脱氟率和降解率分别为17.03%与53.75%,并且符合一级反应动力学规律。2)稳态降解产物包括PFTA、PFDoA、PFUdA、PFOA、PFHxA等5种PFCAs;PFHpS、PFHxS等2种PFSAs;3)PFOS的降解途径如下:(i)PFOA、PFDo A、PFHpS、PFHxS、PFHxA等物质的生成方式同VB12/Ti(III)体系;(ii)PFUdA是由PFHpS脱掉磺酸基团再连接4个-CF2-基团并水解生成的。(iii)PFTA是由PFHxS断裂C-S键后连续2次加上4个-CF2-基团生成的。
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