氯离子协同过氧乙酸活化机制研究：有机自由基再生对废水净化的促进作用

本研究揭示了Cl-在Co掺杂管状石墨相氮化碳（CTCN4）活化过氧乙酸（PAA）体系中的独特促进作用，通过"有机自由基（R-O•）再生"新机制实现磺胺甲恶唑（SMZ）高效降解（kobs提升3.37倍），并证实HClO转化途径可避免有毒副产物生成，为含盐废水高级氧化（AOPs）处理提供新思路。

　　

Highlight亮点发现

氯离子（Cl^-）能显著提升钴掺杂管状石墨相氮化碳（CTCN4）活化过氧乙酸（PAA）的效率，使磺胺甲恶唑（SMZ）在20分钟内实现100%去除，反应速率常数k_obs达到0.209 min^-1，是未加Cl^-体系的3.37倍。与传统认知不同，本研究发现了Cl^-通过"唤醒"有机自由基（R-O•）的新机制，这些在无Cl^-体系中原本无效的R-O•经转化为次氯酸（HClO）后重新获得氧化能力。

Introduction研究背景

过氧乙酸（PAA）因其1.06-1.96 V的氧化电位和159 kJ/mol的O-O键能，成为替代传统氯消毒的新型高级氧化工艺（AOPs）试剂。在实际废水（特别是含盐废水）中，Cl^-的存在会显著改变PAA活化行为——既能通过卤素活化产生活性氧物种（ROS），也可能消耗羟基自由基（•OH）生成活性氯物种。现有研究对Cl^-在自由基与非自由基协同路径中的作用机制仍不明确，且缺乏对氯化副产物的系统评估。

Section snippets关键片段

催化剂表征显示，CTCN4具有独特的管状结构和Co-N₄活性位点（图1a）。通过高价金属探针实验否定了传统金属氧化机制，电流-时间曲线证实电子转移路径增强。猝灭实验与电子顺磁共振（EPR）的悖论现象表明：Cl^-能将R-O•转化为HClO，液相色谱-质谱（LC-MS）和密度泛函理论（DFT）分析证实该途径不会产生高毒性氯化副产物。

Conclusion研究结论

本研究创新性揭示Cl^-通过"R-O•再生"机制促进PAA活化：在无Cl^-体系中失活的R-O•，通过与Cl^-反应生成HClO重获氧化能力。该发现不仅拓宽了对共存物质影响AOPs过程的认知，还为含盐废水处理提供了安全高效的新策略——既能利用Cl^-的促进作用，又可避免有毒副产物生成。