电化学耦合铁离子激活亚硫酸盐的双阶段氧化机制：新兴污染物高效降解的协同动力学研究

本研究创新性地开发了电化学-铁离子协同激活亚硫酸盐（Electro-Fe/S(IV)）体系，通过动力学模型和密度泛函理论揭示了独特的双阶段氧化机制：第一阶段FeHSO3+/FeSO3+循环主导SO4•-生成（贡献率95-99%），第二阶段Fe(II)/Fe(III)电子穿梭促进Fe(IV)=O形成（贡献率3-42%）。该研究为水环境中新兴污染物（ECs）的绿色降解提供了机理突破和成本优化方案。

　　

Highlight

电化学耦合铁离子激活亚硫酸盐（Electro-Fe/S(IV)）体系展现出惊人的协同效应（协同因子2.39），10分钟内高效降解卡马西平等4种新兴污染物（效率>95%）。原位生成的O₂不仅维持铁离子高转化率，还加速含氧硫物种转化，而电活化释放的质子有效抑制铁沉淀，强化Fe-S(IV)络合作用。

CBZ降解与关键反应

单独电解或亚硫酸盐处理几乎无效，而Electro-Fe/S(IV)体系通过双阶段氧化实现突破：第一阶段高浓度S(IV)和Fe(II)驱动FeHSO₃⁺/FeSO₃⁺循环爆发式产生SO₄•^-；第二阶段Fe(II)耗尽后，Fe(III)激活HSO₅^-生成神秘的高价铁氧物种Fe(IV)=O。多次投料策略使SO₄•^-浓度保持高位，能耗降低40%！

Conclusion

这项研究像化学侦探般揭示了Electro-Fe/S(IV)体系的运作密码：电化学产生的O₂和质子化身"双面特工"，既阻止铁离子"罢工"（沉淀），又激活含氧硫物种的"连锁反应"。通过精准的动力学建模，我们发现第一阶段是SO₄•^-的狂欢派对（贡献率95-99%），而第二阶段Fe(IV)=O低调登场（贡献率3-42%）。这为设计智能水处理系统提供了分子级别的设计蓝图！