Critical Functions of Soil Components for In Situ Persulfate Oxidation of Sulfamethoxazole: Inherent Fe(II) Minerals-Coordinated Nonradical Pathway

过硫酸盐 化学 土壤水分 氧化剂 矿物 环境修复 电子转移 无机化学 环境化学 光化学 催化作用 污染 有机化学 地质学 土壤科学 生物 生态学
作者
Jun Liang,Xiaoguang Duan,Xiaoyun Xu,Zehong Zhang,Jingyi Zhang,Ling Zhao,Hao Qiu,Xinde Cao
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (1): 915-924 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c07253
摘要

Naturally occurring iron (Fe) minerals have been proved to activate persulfate (PS) to generate reactive species, but the role of soil-inherent Fe minerals in activating PS as well as the underlying mechanisms remains poorly understood. Here, we investigated sulfamethoxazole (SMX) degradation by PS in two Fe-rich soils and one Fe-poor soil. Unlike with the radical-dominant oxidation processes in Fe-poor soil, PS was effectively activated through nonradical pathways (i.e., surface electron-transfer) in Fe-rich soils, accounting for 68.4%-85.5% of SMX degradation. The nonradical mechanism was evidenced by multiple methods, including electrochemical, in situ Raman, and competition kinetics tests. Inherent Fe-based minerals, especially those containing Fe(II) were the crucial activators of PS in Fe-rich soils. Compared to Fe(III) minerals, Fe(II) minerals (e.g., ilmenite) were more liable to form Fe(II) mineral-PS* complexes to initiate the nonradical pathways, oxidizing adjacent SMX via electron transfer. Furthermore, mineral structural Fe(II) was the dominant component to coordinate such a direct oxidation process. After PS oxidation, low-crystalline Fe minerals in soils were transformed into high-crystalline Fe phases. Collectively, our study shows that soil-inherent Fe minerals can effectively activate PS in Fe-rich soils, so the addition of exogenous iron might not be required for PS-based in situ chemical oxidation. Outcomes also provide new insights into the activation mechanisms when persulfate is used for the remediation of contaminated soils.
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