近年来，水环境中的新兴污染物（ECs）由于对生态系统和人类健康造成潜在威胁，日益受到全世界的关注。高铁酸盐（Fe(VI)）由于具有氧化、混凝和消毒的特性，被认为是去除水中ECs的一种巨大潜力氧化剂。然而，Fe(VI)的氧化性能高度依赖于溶液pH，在中性和碱性条件下氧化效率较低。据报道，在Fe(VI)还原过程中形成的Fe(V/IV)对化合物的反应性比Fe(VI)高2-5个数量级。因此，活化Fe(VI)促进Fe(V/IV)生成的方法不断被探索出来。亚硫酸盐（S(IV)）因其低毒性和低价格在常用还原剂中具有很强的竞争力。此外，S(IV)存在于多种工业废水中，有效利用废水中的S(IV)可以促进废物的循环利用。最重要的是，与旨在促进Fe(V/IV)生成的其他还原剂活化不同，S(IV)的引入可以在Fe(VI)过程中同时生成Fe(V/IV)和自由基。但是，目前的研究大多集中于探索碱性条件下Fe(VI)/S(IV)体系中Fe(V/IV)对污染物的降解作用。这意味着迫切需要以更广泛的pH为中心的研究，特别是在高价铁与自由基共存的体系中，了解不同pH下反应活性物种的变化将有利于去除不同结构和性质的污染物。然而，到目前为止，考虑和测定不同pH条件下高价铁和活性氧贡献的研究有限，特别是对不同pH水平下的Fe(VI)/S(IV)体系降解污染物的性能和机理尚未进行深入研究。
近期，课题组以磺胺甲恶唑 (SMX) 和布洛芬 (IBU) 为研究对象，探讨了Fe(VI)/S(IV)体系在不同pH值下降解污染物的效率和机理，确定了体系中主要活性物种为Fe(V/IV)和SO4•−。研究发现，pH是决定Fe(VI)/S(IV)体系活性物种种类的重要因素。具体来说，pH升高有利于SO4•−的生成，而Fe(V/IV)的生成随着pH的降低而变得显著。当pH降低到3.2时，Fe(VI)自衰变产生的Fe(III)可以与HSO3−反应生成SO4•−和•OH可以作为自由基的额外补充。近中性条件下高丰度的Fe(V/IV)和SO4•−共存，是SMX和IBU氧化效果最佳的原因。此外，淬灭实验表明，随着pH的升高，Fe(V/IV)对SMX和IBU的降解作用逐渐被自由基所取代，但这种变化在SMX降解过程中更慢一点。被低估的pH值对废水的净化有重要作用，把握这一关键因素对S(IV)强化Fe(VI)氧化技术在水处理中的应用至关重要。
上述研究以“Oxidation of Emerging Contaminants by S(IV) Activated Ferrate: Identification of Reactive Species and Mechanisms”为题(https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121100)，近日发表在环境领域专业期刊Water Research。课题组2022届博士生储盈盈为论文第一作者，南京大学张炜铭教授和南京农业大学陆隽鹤教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（No. 22176088）的资助。
