水为全原子源的电致羟基自由基及其应用

以水为全部原子源的电化学方法产生强氧化性羟基自由基(·OH), 通过电子自旋共振技术(ESR)直接证实了·OH的生成. 电化学产生的·OH能有效降解有机污染物并降低废水毒性. 实验表明, 电致羟基自由基能有效消毒, 在电流密度5 mA/cm2下消毒30 min后, 杀菌率达到99.99%. 与氯化消毒相比, 环境友好的羟基自由基更有吸引力, 为水消毒开辟了新的途径.     

瞬态吸收光谱研究水相中三丁基锡与·OH自由基反应机理

利用355 nm激光闪光光解技术研究了无氧和氧饱和两种条件下三丁基锡与亚硝酸水溶液的紫外光解反应. 实验表明,·OH自由基攻击三丁基锡阳离子(SnBu₃⁺)的正丁基生成SnBu₃⁺·OH 加合物, 其二级生成速率常数为(1.05±0.07)×10¹⁰ L·mol^-1·s^-1. SnBu₃⁺·OH 加合物在无氧时发生一级衰减, 其衰减速率常数为(3.50±0.32)×10⁵ s^-1; 氧饱和时, SnBu₃⁺·OH 加合物衰减速率比无氧时要快很多, 表明SnBu₃⁺·OH 加合物能迅速与O₂发生反应, 生成SnBu₃⁺·OHO₂ 加合物. 根据实验结果和动力学推导得到其二级生成速率常数为(6.4±1.3)×10⁸ L·mol^-1·s^-1.     

自由基簇射脱除氮氧化物

研究了电晕放电诱导自由基簇射脱除烟气中的NO_x(DeNO_x过程, NO_x为NO和NO₂的总称). 首先考察了放电特性, 发现适当调节喷嘴电极中的气体流量和电压可以产生稳定的流光电晕.实验表明, 烟气中NO浓度随电压升高而降低; NO₂浓度在低电压条件下与电压值成正比, 但是当电压升高到某一阈值后随电压增长迅速降低.电压升高可提高DeNO_x效率, 当电压临近击穿电压时, 效率可达70%. 文中提出了脱除NO_x的机理, 认为放电过程中产生的自由基在NO_x脱除过程中起关键作用, 自由基反应把NO和NO₂转化为酸类物质.为验证所提出的机理, 采用蒙特卡罗方法计算了相关反应的速率常数和自由基产率, 并在此基础上, 通过化学动力学计算得到了反应器出口NO和NO₂的浓度以及NO_x脱除效率. NO_x脱除效率的计算结果在低电压时与实验结果相近, 但在高电压时高于实验值.     

水中氟喹诺酮类抗生素加替沙星的光降解

氟喹诺酮类抗生素是在水环境中不断被检出的新兴污染物, 研究其环境行为和毒理效应具有重要意义. 加替沙星是一种代表性氟喹诺酮类抗生素, 本研究考察了模拟日光照射下, 水中加替沙星的光降解动力学、影响因素与机理. 加替沙星的光解遵循准一级反应动力学. 纯水中加替沙星发生了直接光解及·OH 和¹O₂ 参与的自敏化光解, 其表观光解量子产率为(5.94± 0.95)×10⁻³. 与纯水中相比, 加替沙星在淡水、海水中光解较慢, 这归因于pH 及水中溶解性物质的复合影响. 在pH 5~11 范围内, 加替沙星在其等电点附近光解最快. Cl⁻和Fe(Ⅲ)对其光解动力学没有显著影响(P>0.05),而腐殖酸(HA)和NO₃ ⁻明显抑制其光解(P<0.1). HA 和NO₃ ⁻可以通过光掩蔽效应减慢加替沙星的光解, 或者捕获·OH 和¹O₂, 抑制自敏化光解. 发光菌(Vibrio fischeri)毒性实验表明, 加替沙星光降解生成了具有较高风险的中间产物.     

一种新型羟基自由基产生分子机理的研究

羟基自由基(·OH)被公认是生物系统中最具活性的活性氧物种,能导致生物体内DNA,蛋白质和脂质氧化损伤.目前,关于·OH的产生机理,最被广泛接受的是过渡金属离子催化的Fenton反应.五氯酚(PCP)是一种重要的工农业生物杀灭剂,主要用作木材保护.采用水杨酸羟基化法和电子自旋共振自旋捕获等作为分析手段,发现H2O2和五氯酚的代谢产物之一四氯-1,4-苯醌(TCBQ)能通过不依赖于金属离子的途径产生·OH;进一步的研究发现,TCBQ而非其相应的半醌自由基对·OH的产生极其重要.TCBQ和H2O2反应的主要产物被鉴定为三氯羟基-1,4-苯醌(TrCBQ-OH),其中的氧原子被证明来源于H2O2.基于这些数据和分析,提出以下假设:TCBQ和H2O2反应产生·OH不是通过依赖于半醌自由基的有机Fenton反应进行,而是H2O2对TCBQ进行亲核攻击,形成不稳定的三氯氢过氧基-1,4-苯醌(TrCBQ-OOH)中间产物,其可均裂产生·OH和三氯羟基-1,4-苯醌自由基(TrCBQ-O·).上述反应途径展示了一类新型的·OH产生机理,即·OH的形成不需要具有氧化还原活性的过渡金属离子参与.该机理可部分解释五氯酚等其他多卤...     

先进氧化技术及其研究进展

先进氧化方法(技术)从源头在其化学反应过程中就制止了污染的产生,实现零污染、零废物排放.目前,先进氧化方法存在的问题,阻碍了先进氧化方法的发展及其在工程化应用方面的研究.文中着重介绍了强电离放电方法,把O2、H2O电离后,再按自由基结构,在分子层次上加工成OH、eaq-(水合电子)等自由基,自由基的产生浓度、产成量均能满足工程上应用水平.仅在1 s内把生物体、有机物氧化分解成CO2、H2O及微量无机盐;把无机污染物氧化成无害物质或者有用再生资源;剩余OH等自由基分解成H2O、O2.文中列举在治理海洋外来入侵有害生物、烟气资源化脱硫应用研究成功的事例,也简述了先进氧化特性、主要研究方向及其展望.     

城市大气中OH和HO2自由基生成和消除的定量关系

大气氧化能力是城市和区域大气环境的本质特征. 而大气OH和HO₂自由基则是表征大气氧化能力的关键物种. 选择广州市为案例, 在全面监测大气光化学烟雾的主要污染物O₃, NO_x, VOC_s, H₂O₂, HNO₂以及CO, SO₂等的基础上, 利用水杨酸浸渍膜捕集-高效液相色谱技术进行了同步的大气OH自由基现场测量, 分析了OH自由基的影响因素. 基于目前对OH和HO₂自由基化学过程的认识, 定量计算了大气中OH和HO₂自由基的生成和去除速率, 结果显示大气OH, HO₂的源和汇基本平衡, 而且OH和HO₂自由基之间的相互转化是其源与汇的主导过程, 广州市大气中HNO₂和HCHO的光解也分别是OH和HO₂自由基不可忽视的来源     

类蝎型吡唑衍生物过渡金属羧酸配合物的合成、结构及热稳定性质

设计并成功合成了2 种新颖的以类蝎型吡唑衍生物为配体的超分子配合物[Co₂(HL¹)₂-(seb)(H₂O)]·2.5H₂O (1)和[Cu(H₂L²)(ox)]·H₂Ox·MeOH (2) (H₂L¹=2,6-二(5-苯基-1H-吡唑-3-基)吡啶, H₂seb=癸二酸, H₂L²=2,6-二(5-甲基-1H-吡唑-3-基)吡啶, H₂Ox=草酸), 并通过元素分析、红外光谱、紫外光谱﹑X 射线粉末衍射(PXRD)和X 射线单晶结构分析对标题配合物进行了表征. 结构分析表明, 在配合物1 和2 中, 配体H₂L¹ 和H₂L² 的配位模式不同, 其中H₂L¹ 以μ₂-η¹-η¹- η¹-η¹ 模式与金属相连, 而H₂L²以μ₁-η¹-η¹-η¹ 的模式与金属相连; 癸二酸和草酸的配位模式也不同, 其中癸二酸作为单齿配体, 草酸作为二齿配体; 配合物1 通过C-H···O,O-H···O, N-H···O 氢键, 形成二维网络层状结构, 而配合物2 通过C-H···O, O-H···O, N-H···O氢键, 形成一维链状结构. 此外还对标题配合物的热稳定性进行了详细的分析.     

在烟道中脱除NOx 并生成HNO3 的方法

为了解决目前气体电离放电脱硝方法存在的等离子源体积庞大、能耗高、NO_x 脱除率低以及需要依靠传统脱硝方法的协同作用等问题, 拟用小流量、高浓度的氧活性粒子[O₂⁺, O(¹D),O(³P), O₃]、引发剂HO₂^- 分别注入烟道中, 与烟气中水反应生成·OH, 在无吸收剂、催化剂、氧化剂及其他技术协同作用下, 实现了烟道中·OH 快速氧化脱除大烟气量中的微量NO_x 并生成HNO₃ 溶液的整个反应过程, 等离子体反应管道长度为1~8 m. 实验结果表明, 氧活性粒子与NO_x 摩尔比值决定了脱除率, 摩尔比选择在2~3 为宜, 此时NO_x 脱除率将达到95%左右, 回收酸液中NO₃^-回收率达到58.1%; NO_x 脱除率随着实验气体温度增高而下降; O₂ 含量增加对脱硝效果有20%左右的影响; H₂O含量大于4%时脱硝率处于最高值. 可见本方法不但解决气体电离放电脱硝存在的问题, 同时又为大气污染治理提供一种绿色新方法.     

光腔衰荡光谱技术研究AsH2自由基:Ã2A1(000)−X~2B1(000)

采用光腔衰荡光谱(cavity ringdown spectroscopy, CRDS)技术在19870~20250 cm⁻¹能量范围内研究了AsH₂自由基 òA₁(000)−X^~2B₁(000)带的高灵敏高分辨吸收光谱. AsH₂自由基由AsH₃/Ar混合气脉冲直流放电产生. 通过对K′_a≤ 5,N′≤ 10的777根谱线进行了转动标识和最小二乘拟合, 获得了精确的激发态光谱常数和转动项值. 其中转动项值和部分高阶光谱常数均为首次得到. 通过分析发现部分K′_a≤ 4的转动能级和全部K′_a≤ 5的能级受到了扰动, 扰动很可能来自于基态的高振动激发态.     

硫酸自由基在水处理中的反应特性

从反应机理上解释了.OH和SO4.相似的原因,研究了硫酸自由基(SO4.)在水处理中的反应特性,探讨了其夺取有机物中C==C键、苯环上π电子和H能力的强弱.一般情况,SO4.的反应活性次序是:夺非芳香π电子>夺芳香π电子(苯系)>夺α-H>夺非α-H.SO4.降解有机物的效率除与有机物结构有关外,还与所处的介质环境有关,即与周围物质的碰撞几率相关,在水处理中由于SO4.与H2O分子反应的机会最多,一部分SO4.夺取H2O分子中H,生成羟自由基.     

TiO_2@SiO_2负载MnPcS光催化降解有毒有机污染物

以正辛胺(n-octylamine,OA)为模板通过溶胶-沉淀法制备了TiO2@SiO2.以TiO2@SiO2为载体负载磺基锰酞菁(manganese phthalocyanine tetrasulfonic acid,MnPcS),制备了MnPcS-TiO2@SiO2复合体光催化剂.通过X射线衍射(XRD)和紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)对催化剂进行了表征.在可见光(λ420nm)照射下,以催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的催化降解和对无色小分子邻苯二胺(o-phenylenediamine,OPDA)的催化氧化为探针反应,探讨了MnPcS-TiO2@SiO2的光催化降解特性.通过对RhB降解过程中总有机碳(CODCr)的跟踪测定,评价了光催化对有机污染物的深度氧化(矿化)效果;以顺磁共振(ESR)测定RhB降解过程中氧化物种的变化,研究了光催化反应机理.结果表明,在实验条件下,MnPcS-TiO2@SiO2复合体光催化剂对RhB具有较好的光催化降解效果,可见光照240min能使RhB完全褪色,光照24h后RhB的CODCr去除率达到64.02%.ESR结果表明,降解过程主要涉及羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O2-·)的氧化机理.     

自由基生物学与健康

自由基是含有一个不成对电子的分子或原子团．例如一氧化氮自由基NO·、羟自由基·OH、超氧阴离子自由基O2^-·和脂自由基L·等。它们大多反应性强，很容易与细胞成分，如细胞膜、蛋白质、酶甚至DNA反应，引起细胞损伤，导致衰老和疾病的发生。自由基生物学是研究自由基在生物体系产生和作用规律的科学，与人类健康密切相关。     

用ESR检测过氧亚硝基氧化二甲基亚砜产生的甲基自由基

NO在体内具有重要的生物功能,如能防治血小板的凝聚,它是内皮细胞松弛因子(EDRF),又是神经传导的逆信使,在学习和记忆过程起着重要作用.但是它还是自由基,因而它化学性质活泼,反应性强,具有细胞毒性作用,在免疫杀伤过程中发挥着重要作用.最近研究发现,细胞在产生 NO 的同时,也产生超氧阴离子自由基.NO和超氧阴离子自由基具有非常高的反应速率常数(6.4×10~9mol~(-1)·s~(-1)),反应形成过氧亚硝基(ONOO~-).这是一种氧化性极强的物质,可氧化细胞膜脂和蛋白质的硫氢基,导致细胞损伤和疾病的发生.在碱性条件下,过氧亚硝基比较稳定,一旦质子化,立即分解产生类羟基和NO_2自由基.试验表明,在很多病理状态发生此反应,因而对过氧亚硝基的研究非常引人关注.但是过去的研究多是用ONOO~-氧化二甲基亚砜(DMSO)产生的醛类物质作为检测对象进行研究的.而ONOO~-损伤细胞成分很多是通过自由基机理的.还没有发现直接检测ONOO~-氧化反应产生自由基的报道.本文用自旋捕集技术直接捕捉到了 ONOO~-氧化 DMSO 产生的自由基.并且通过波谱解析和计算机模拟证明是甲基自由基.还利用这个自由基产生体系研究了一些抗氧化剂对甲基自由基的清除作用和对ONOO~-氧化活性的抑制作用.     

依赖于羟基自由基的两次化学发光产生体系:致癌性多卤代醌与过氧化氢

传统的化学发光通常只会产生一次化学发光,并且极少专一依赖于高反应活性的羟基自由基(OH).致癌性四氯苯醌(TCBQ)与H2O2反应能产生一种非同寻常的两次化学发光,其产生与2次OH形成存在良好相关性,且前者直接依赖于后者.研究推测在TCBQ与H2O2的反应过程中,生成了某种依赖于OH形成的新型醌-1,2-二氧杂环丁烷中间体以及激发态的多羰基物质,正是它们导致了该体系的化学发光.这些发现将有助于检测和定量OH以及多卤代芳烃类致癌物.     

Al(Ⅲ)-蒙脱土界面苯并[a]芘的转化及环境持久性自由基的形成机制

无机矿物主导的非生物转化过程是土壤中有机污染物自然衰减的主要途径,而目前有关Al(Ⅲ)饱和黏土矿物界面多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)的转化过程与产物鲜有报道.本研究选取强致癌化合物:苯并[a]芘(benzo[a]pyrene, B[a]P)为研究对象,采用电子顺磁共振技术对蒙脱土表面B[a]P转化过程中形成的环境持久性自由基(environmentally persistent free radicals, EPFRs)进行定量研究.分析了在不同相对湿度(relative humidity,RH)条件下, B[a]P/Al(Ⅲ)-蒙脱土界面EPFRs的形成与稳定.结果表明,蒙脱石表面Al(Ⅲ)的存在可加快B[a]P的降解,反应速率是Na(Ⅰ)饱和蒙脱石的37倍.在相对干燥的环境条件下(RH33%), B[a]P的转化和EPFRs的形成不受RH的影响;当RH97%时会抑制B[a]P的转化和EPFRs的形成.通过活性氧捕获实验和自由基猝灭实验进一步证实了EPFRs的形成过程中伴随着羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O_2~(·-))的生成,且在B[a]P的转化过程中起到促进作用,进而提出了B[a]P/Al(Ⅲ)-蒙脱土的界面反应机理.本研究对认识土壤环境中PAHs等有机污染物的迁移转化规律和生态风险具有重要的科学意义.     

光电协同新技术降解饮用水中微量邻氯酚

研究和讨论了一种联合应用紫外光解和电极电解的方法高效净化饮用水的新技术. 在自制的集成光解-电解一体化反应器中, 以邻氯酚(2-CP)为模型污染物, 通过实验研究了外加电解电压、pH值、流速、温度、反应体系通气情况等对降解反应的影响, 并初步分析了光电复合降解有机微污染物的机理. 实验得出的优化条件为: 同时施加5 V的直流电压和254 nm的紫外线照射(30 W), pH值为8, 反应体系内通入氧气. 流速和温度以及污染物的初始浓度在实验条件下的影响较小. 研究发现: 在30 min内2-CP的去除率达到50%以上, 2.5 h后2-CP去除率达到100%, 总有机碳(TOC)去除率达到90%以上, 并能最终完全去除. 研究表明, 紫外光的光解作用和电极电解作用在研究条件下对模型污染物的降解具有显著的协同作用, 可能是通过对污染物的不同降解机理互补和光电激发形成自由基反应链所致.     

N-烷基取代对苯二胺自由基正离子的超声辐射产生

自由基正离子通常采用光解、电解、射线辐照或单电子转移氧化还原反应方式产生,用超声波作为自由基正离子的生成方法迄今尚未见报道。Reize等研究发现,氯代甲烷经超声辐射可发生C—Cl键断裂,并以自旋捕获法鉴定了所生成的自由基中间体。他们还进一步发现,H_2O经超声辐射处理也可发生H—O键断裂,生成·OH自由基,并用DMPO(5,5-dimethyl-1-pyrroli-ne-1-oxide)作为自旋捕获剂捕获并鉴定了所生成的羟基自由基。本文     

电化学自由基/自由基氧化交叉偶联进展

自由基/自由基交叉偶联是近年来兴起的直接构建化学键的交叉偶联策略之一,能够有效地构建C-C键、C-X键、X-Y键.稳态自由基效应(persistent radical effect, PRE)概念的提出为自由基/自由基交叉偶联策略提供了理论基础.但由于自由基特性,其化学选择性的调控是目前该策略所面对的主要挑战.传统的自由基/自由基交叉偶联策略利用金属调控自由基活性,从而调控反应的化学选择性,但避免不了化学计量的氧化剂使用.有机电化学合成目前被认为是环境友好且高效的合成策略,利用电极上的电子转移策略可以避免当量氧化剂的使用,通过精确控制电压与电流可调控瞬态自由基和稳态自由基的生成速率,从而调控自由基/自由基交叉偶联反应,且电氧化策略将反应空间范围控制于阳极周围,保证瞬态自由基的存活和与其他自由基的高效偶联.本文以C-C键、C-X键、X-Y键等成键类型作为分类依据,综述了目前电化学自由基/自由基交叉偶联的最新进展,并对未来自由基/自由基交叉偶联的发展前景进行了展望.     

活性炭吸附－电化学高级氧化再生法处理难降解有机污染物的研究

含有芳香化合物等有毒难降解污染物的废水,因其结构稳定,可生化性差,常规处理方法难以致效,成为当前我国水处理领域重点需要解决的技术难题.高级氧化技术和活性炭(AC)吸附则是研究较为广泛的两种处理方法.近年来,电化学高级氧化技术作为一种新发展的高级氧化技术因其处理效率高、操作简便、环境友好等优点,引起了极大关注.它通过电极反应产生氧化能力很强的羟基自由基有效降解污染物.研究表明,当有机污染物浓度较低时,传质将成为控制因素,导致降解过程仅发生在阳极表面而很少在溶液主体,并且因降解中间产物的滞留导致阳极毒化,从而降低了处理效果.因此,迫切需要优化电