近日，我院水处理技术与水质安全团队曾华斌课题组在环境领域高水平期刊 Water Research 上发表了题为“Redox Property of Coordinated Iron Ion Enables Activation of O₂ via in-situ Generated H₂O₂ and Additionally Added H₂O₂ in EDTA-Chelated Fenton Reaction”的研究论文。本研究发现络合芬顿体系中存在双氧水原位生成的现象并进一步揭示其内生机制，后续探讨了外源投加双氧水时，EDTA-Fenton体系中链式反应的变化，评估对污染物降解作用机理与环境适用性。

研究背景

        自芬顿反应被报道以来，这一技术在水净化、蛋白质修饰、材料制备、分子合成和肿瘤治疗等不同领域得到了深入研究和广泛应用。由于^•OH的氧化还原电位很高，而且具有很强的从底物中夺取电子的能力，因此传统上认为Fenton反应主要是由亚铁离子（Fe²⁺）活化过氧化氢（H₂O₂ ）以及随后原位生成的^•OH与目标底物之间的相互作用。然而，除了上述主反应之外，还可能引发Fe²⁺Fe³⁺对、双氧水、各种中间体/自由基和溶解氧之间的一些副反应，这一点一直被忽视。

研究简介

        经典的芬顿反应由于可以产生高活性氧化自由基（Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺+ ^•OH），铁离子易在中性条件下水解沉淀及三价铁向二价铁还原的慢反应限制了其进一步的应用。EDTA（乙二胺四乙酸）作为一种常见用于生化检测的化工产品，美妆/食品添加剂，也是环境修复领域的常用药剂，可以与亚铁/三价铁发生强络合作用改变其离子对的氧化还原特性，在特定比例的亚铁/络合剂比例条件下可以快速完成对分子氧的活化，直接通过两电子转移产生双氧水再产生自由基（^•OH）。另一方面，络合物的存在增加水中游离金属离子含量，提高对氧化剂的利用效率，促进对污染物的降解。

（1）左图中检测出原位产生的双氧水以及EPR图谱羟基自由基的特征峰显示Fe²⁺/EDTA体系（O₂气氛），Fe²⁺-EDTA络合物活化O₂，通过两电子氧还原反应原位产生H₂O₂ 快速生成^•OH。

（2）在Fe³⁺/EDTA/H₂O₂ 体系中发现不同pH存在不同的铁络合物形态导致了对污染降解能力的差异。EDTA与Fe³⁺的络合可以增强H₂O₂ 产生Fe²⁺的反应，并伴随着O₂^•-的形成。O₂^•-形成和Fe²⁺-EDTA再生增强诱导了随后Fe²⁺-EDTA对H₂O₂ 的活化，从而加速了Fe³⁺-EDTA/Fe²⁺-EDTA循环，同时产生O₂^•-和^•OH。

图文摘要

        综上，这项研究一定程度上改善了传统芬顿反应作为常用水处理技术的应用限制，提出可通过改变亚铁/三价铁离子对水中的存在形态来调整传统芬顿链式反应的氧活性物种输出途径。未来也可在改变配体的结构，金属离子/络合物相投加比例等角度进一步探索，尝试选择性的处理复杂水体中有害组分。

研究团队

        本论文第一作者为我院科研助理高源，通讯作者为曾华斌助理教授，其他作者包括我院硕士研究生王鹏毅、亢凡，程月，本科生储煜，冯明宝副教授，于鑫教授。该研究得到了beat365官方网站校长基金和beat365官方网站“南强青年拔尖人才支持计划”资助。

文、图 | 高源

责任编辑 | 曾华斌

排版 | 曾鹏