近日，我系董文博教授课题组在Environmental Science & Technology期刊上发表题为“Synergizing Surface-Bound Radicals with Singlet Oxygen to Expedite Emerging Organic Contaminant Degradation in Soil-Based Heterogeneous Surface Oxidation”的研究型论文，这也是课题组本年度在该期刊发表的第二篇论文。本研究的结果表明相较于游离自由基，表面结合自由基具有更长的寿命和高选择性，表面反应通过减少反应物的扩散距离来提高自由基的利用率，可以显著增强反应活性物种在土壤中的传质和新兴有机污染物的降解。

近年来，土壤中包括药物在内的难降解新兴有机污染物频繁检出，这已成为公众广泛关注的问题。基于过二硫酸盐（PDS）的高级氧化工艺（AOPs）因其产生的反应活性物种（ROS）具有高氧化还原电位而在有机污染物修复方面得到了广泛研究。然而，复杂土壤环境中的非目标背景基质会对ROS无效消耗，从而极大地阻碍了目标污染物的降解。此外，由于ROS极短的寿命使得其在土壤中的传质受限，导致氧化剂大量消耗。本研究发现利用非均相表面氧化可解决这一问题。

此项研究开发了一种结构稳定的非均相催化剂FeS，FeS对PDS具有出色的活化能力，可快速去除土壤中的卡马西平，同时具有很强的抗性和良好的pH耐受性。此外，相较于其他活化方式降解土壤中的有机污染物，本研究以较低的氧化剂需求就可达到高效去除土壤中有机污染物的目的。

图1 FeS/PDS体系降解土壤中CBZ的效果

论文通过淬灭实验、EPR分析、化学探针检测、稳态荧光光谱法、激光闪光光解-瞬态吸收光谱和共聚焦荧光显微镜等手段共同证实FeS/PDS体系可产生表面结合SO₄^•−自由基，其具有更长的寿命，可有效减弱自淬灭且选择性的降解土壤中的CBZ，这种方法通过提供持久的ROS，显著增强了实际土壤修复效果。

图2 FeS/PDS体系中ROS的鉴定 

本研究提出FeS可与土壤表面通过静电相互作用和疏水作用力结合，在土壤表面由FeS活化的PDS会原位生成表面结合SO₄^•−自由基和单线态氧，直接对土壤中的CBZ进行氧化降解。这种方式可减少ROS的传质距离，减弱自淬灭，防止土壤背景基质的过度消耗，增强ROS利用率。非均相表面氧化表现出比均相体系更强的氧化能力、电子转移和传质效率，这是土壤中有机污染物降解增强的主要原因。

图5 ROS在土壤中的传质过程

研究结果表明FeS可以有效活化PDS降解土壤中的CBZ，且反应过程中对土壤pH影响较小，在不同类型的土壤中均具有良好的抗性和催化稳定性。FeS/PDS体系能够连续生成表面结合的SO₄^•−和¹O₂，激光闪光光解和荧光光谱证实了表面结合的SO₄^•−比游离SO₄^•−具有更长的寿命。这种非均相表面氧化能够将反应活性物种定位在污染物附近，减少迁移距离，并抑制ROS的自淬灭。同时FeS/PDS体系是一个温和的氧化工艺，对土壤基质的影响几乎可以忽略不计。总体而言，本研究为类芬顿非均相催化剂在有机污染土壤修复中的开发和有效应用提供了一个全面的认识。

论文第一作者为我系博士研究生王琦，董文博教授为通讯作者，研究合作者包括上海第二工业大学吴彦霖副教授等。

论文信息：Qi Wang, Yanlin Wu, Yuang Shan, et al. Synergizing Surface-Bound Radicals with Singlet Oxygen to Expedite Emerging Organic Contaminant Degradation in Soil-Based Heterogeneous Surface Oxidation. Environmental Science & Technology, 2025.

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04418

 供稿：董文博教授团队

审核：张立武