Functional group-specific reduction of Cr(VI) by low molecular weight organic acids in frozen solution: Kinetics, mechanism and DFT calculation

化学 质子化 动力学 化学计量学 金属 分子 电子转移 无机化学 配体(生物化学) 计算化学 物理化学 有机化学 离子 量子力学 物理 生物化学 受体
作者
Jialiang Liang,Zhenming Peng,Liping Liu,Wenshuai Zhou,Yunyi Li,Yangsheng Liu,Yun Shen,Meiping Tong
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:265: 122221-122221
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.122221
摘要

Low molecular weight organic acids (LMWOA) are commonly present in natural water and play a pivotal role in the reduction of Cr(VI). In frozen solutions, the efficiency of Cr(VI) reduction is significantly enhanced due to the freezing concentration effect. However, this facilitation is found to be contingent upon the functional groups of LMWOA in this study. To be specific, LMWOA and Cr(VI) can form five-membered ring complexes, which greatly enhance electron transfer efficiency through Ligand-to-Metal Charge Transfer (LMCT). DFT calculations indicate that oxygen-containing groups located on carbon atoms at α positions play a crucial role in forming these complexes, ultimately determining the kinetics of Cr(VI) reduction. Moreover, freezing not only increases proton concentrations but also reduces free water molecule content in the liquid-like layer (LLL), thereby affecting LMWOA species through regulation of protonation and hydrolysis, and subsequently impacting reaction mechanisms. The stoichiometric ratios between LMWOA and Cr(VI) exceed theoretical values due to complexation with Cr(III). The reduction of Cr(VI) by LMWOA in frozen solutions is inhibited by soil solution, while the degree of inhibition varies among different types of LMWOA.

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