铁-多羧基有机酸光化学体系研究进展

生态环境学报2018,27(10):1972-1980http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家自然科学基金项目（41201503）；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（20110171120025）；广东省高等职业教育品牌专业建设项目（室内环境检测与控制技术）（2016gzpp036）；广东高校省级重点平台和重大科研项目（2017GKTSCX039）作者简介：兰青（1976年生），女，副教授，博士，主要研究方向为污染控制化学。E-mail:13632356134@139.com*通信作者收稿日期：2017-05-30铁-多羧基有机酸光化学体系研究进展兰青1,2,3*，莫家乐1，曹美苑11.广东环境保护工程职业学院环境监测系，广东佛山528216；2.广东省固体废弃物资源化与重金属污染控制工程技术研究中心，广东佛山528216；3.中山大学化学与化学工程学院，广东广州510275摘要：铁-多羧基有机酸光化学体系在自然界中广泛存在，该体系可以由内源生成过氧化氢和羟基自由基，对研究有机污染物的归趋和治理具有重要意义。通过梳理近30年来有关该体系研究的代表性文献，从机理概述、均相体系研究进展、异相体系研究进展以及研究展望4个方面，系统总结了一些重要研究成果。从反应机理来看，吸附反应、光诱导反应、光链反应和有机物降解是该体系的重要反应过程，主要涉及配体和自由基的生成反应，以及铁的氧化还原循环反应。体系活性高低主要取决于多羧基有机酸铁配体的光化学活性大小。异相体系中，吸附态铁配体与溶解态铁配体共同参与光催化过程，对污染物的降解均有贡献。影响体系降解目标物的重要因素包括铁氧化物的种类和剂量、多羧基有机酸的种类和浓度、pH、光源波长和强度、氧气、金属离子、目标物的中间产物以及体系内活性物种的竞争反应等。其中，有机酸存在最佳浓度，铁氧化物存在最佳剂量，而有机酸最佳浓度与其在铁氧化物表面上的饱和吸附浓度密切相关。今后，基础研究方面需联合应用同位素示踪技术、穆斯堡尔谱、薄膜扩散梯度-荧光分析等先进实验技术，结合表面络合模型等才能取得重要突破；应用研究方面，构建适于实际工程运用的高效光化学反应器和废水处理集成工艺、重金属脱毒技术，扩展铁氧化物在土壤有机物降解及微生物燃料电池中的应用范围，是重要的扩展研究方向。关键词：光化学；铁；多羧基有机酸；污染物DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2018.10.024中图分类号：X13文献标志码：A文章编号：1674-5906（2018）10-1972-09引用格式：兰青,莫家乐,曹美苑,2018.铁-多羧基有机酸光化学体系研究进展[J].生态环境学报,27(10):1972-1980.LANQing,MOJiale,CAOMeiyuan,2018.ResearchprogressonthephotochemistrysystemoftheFe-organicacidswithMulti-carboxyls:areview[J].EcologyandEnvironmentalSciences,27(10):1972-1980.铁-多羧基有机酸光化学体系广泛存在于大气、水体表面（0~20cm）及土壤表层（0~0.5mm）等环境介质中。土壤中，以草酸为代表的多羧基有机酸主要来源于植物根系的分泌（Shenetal.，2002）；而在大气或水体中，主要来源于臭氧分解、不完全燃烧和碳氢化合物的光氧化（Zuoetal.，1992）。铁-多羧基有机酸光化学体系实质上是一个类光-Fenton体系，其在降解有机污染物方面具有绿色、高效、经济的特点。与传统Fenton体系相比，此体系不用外加H2O2，H2O2通过由有机酸铁配体的光还原溶解引发的一系列与自由基相关的光化学循环反应产生。H2O2与体系中的Fe(Ⅱ)发生Fenton反应生成氧化能力仅次于氟的羟基自由基（·OH），此自由基的氧化电位高达+2.8V，能将几乎所有的有机污染物氧化成CO2和水，对有机污染物的降解具有普适性。不仅如此，有机酸-铁配体具有较高的摩尔吸光系数，可提高光利用效率，例如，Fe(Ⅲ)-草酸盐配合物对高于200nm的波长有较高的摩尔吸光系数，甚至能吸收500nm的可见光，因此，此体系的光利用效率明显高于其他光Fenton体系（Jeongetal.，2004；Leeetal.，2003）。根据铁的存在形式，对此体系的研究可分为均相和异相两大类，这些研究有助于理解污染物在自然界中的迁移转化机制，发现影响此体系降解效率的关键因子和关键步骤，从而有利于构建类似体系，强化将其应用于难降解有机污染物的治理实践。本文从机理