Novel insights into the relationship between the functional groups and photoactivity of biochar-derived dissolved organic matter

生物炭 光降解 化学 溶解有机碳 密度泛函理论 部分 腐植酸 光化学 功能群 傅里叶变换红外光谱 环境化学 光催化 化学工程 有机化学 计算化学 催化作用 肥料 聚合物 工程类 热解
作者
Xin Zuo,Zhuozhi Ouyang,Jinmo Liao,Rui Ding,Weiwei Zhang,Chi Zhang,Xuetao Guo,Lingyan Zhu
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:260: 121892-121892 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121892
摘要

Due to the production of a large amount of biochar, highly photoactive biochar-derived dissolved organic matter (BDOM) from different sources is released into surface water. This study investigated the molecular composition of BDOM (sludge, bamboo and stalk BDOM) using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) and used tetracycline (TC) as model pollutant to investigate the relationship between molecular composition and BDOM photoactivity, specifically focusing on reactive oxygen species (ROS) production. The results indicate that the fluorescence signal intensity of humic acid-like and aromatic proteins in the plant-derived BDOM are significantly higher than that derived from sewage sludge. FT-ICR MS results also showed that plant-derived BDOM contained more CHO molecular formula. Photodegradation experiments of TC mediated by various BDOM analogues demonstrated the photoactivity is highly correlated with the components and functional groups. The electrochemical experiments and density functional theory (DFT) calculations further verified that the aromatic moiety, sulfydryl group and amino group of BDOM affected the electronic supply and energy transfer. Higher electron and energy transfer favor the reaction of BDOM with the ground state oxygen to generate ROS, thus promoting photodegradation of TC. This study provides a new basis for better assessing the ecological risks of BDOM.
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