化学氧化

由吉林石化研究院承担的化学氧化法应急处理炼化企业水体、固体污染物技术研究项目，日前通过中石油集团公司组织的项目鉴定。目前该技术已成功应用于处理吉林石化公司东10#线固体沉积物处理，沉积物中的特征污染物大大降低，解决了沉积物的污染问题。 　　该项目以苯系污染物废水、原油污染物废水等为研究目标，通过采取芬顿试剂氧化法小试试验，去除了90%以上的特征污染物 存在于沉积物中的硝基苯、苯胺、苯固体污染物经过芬顿试剂氧化处理，也可达到安全填埋的治理目标。

人类活动或自然释放到大气中的有机物经过复杂的氧化后，进一步和大气其他物种(如无机盐)结合并聚集，生成大气颗粒物，如雾霾的重要成分PM2.5。因此，有机物在大气中氧化反应过程的研究对理解大气气溶胶的生成有着重要的意义。　　大气中含量最高的碳氢化合物是甲烷，第二高的碳氢化合物是异戊二烯。由于异戊二烯有两个双键，导致其化学反应十分丰富，吸引了很多的研究目光。然而高中化学常识告诉我们，异戊二烯是一种挥发性极强的碳氢化合物，极性很小，难以想象异戊二烯会吸附在水的表面(即气液界面)并发生反应。【异戊二烯(Isoprene)是一种由5个碳原子和8个氢原子组成的有机化合物，属于烯烃类烃化合物。从分子结构上看，由于其分子中只有C-C和C-H键，而没有C-O或C-N等偏极性较强的键，因此认为异戊二烯分子整体上是非极性的】　　鉴于此，近期南开大学的张新星研究员团队使用独特的气液界面质谱技术FIDI-MS(图1a)，发现了违反常识的实验现象，即异戊二烯不但可以吸附在气液界面上，还可以以极高的速率被氧化成上百种产物(图1b)，开辟了气液界面这一异戊二烯氧化化学的新赛道。理论计算表明，异戊二烯在气液界面上的吸附能力主要来自于其双键和水中质子的相互作用(图1c) 而极高的氧化反应速率主要是由于气液界面提供了一个部分溶剂化的化学环境，从而降低了化学反应的势垒。该工作发表在近期的Journal of the American Chemical Society 杂志上。　　图1.(a)独特的FIDI-MS技术。(b)异戊二烯在气液界面被氧化成上百种氧化产物。(c)异戊二烯吸附在气液界面的理论计算。　　南开大学研究生张冬梅、汪杰为本文的并列第一作者。南开大学张新星研究员为本文实验部分通讯作者。宾夕法尼亚大学J. S. Francisco教授为本文理论部分通讯作者。　　原文（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00300）Fast hydroxyl radical generation at the air-water interface of aerosols mediated by water-soluble PM2.5 under UVA radiation Dongmei Zhang (张冬梅) +, Jie Wang (汪杰) +, Huan Chen (陈欢), Chu Gong (宫矗), Dong Xing (邢栋), Ziao Liu, Ivan Gladich, Joseph S. Francisco*, and Xinxing Zhang (张新星)*J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c00300

2021年10月4日，Journal of Physical Chemistry letters 在线报道了中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心软物质物理实验室翁羽翔研究组（SM6组）题为“电化学红外光谱揭示光合放氧中心锰簇拟合物在多重氧化还原状态中的结构重排（Structural Reorganization of a Synthetic Mimic of the Oxygen-Evolving Center in Multiple Redox Transitions Revealed by Electrochemical FTIR Spectra）”的研究工作。该工作利用傅里叶变换红外光谱仪在低波数波段研究了人工合成的锰簇在电化学氧化过程中的机构变化，为光合放氧中心裂解水的反应机制研究开辟了一条新途径。光合作用是自然界利用太阳光大规模地将二氧化碳和水合成有机物并放出氧气的过程。在地球与生命进化过程中，具有放氧复合体的放氧光合生物的出现，使地球大气层中的氧气从无到有、逐渐积累并恒定在大约21％的水平，大大加速了地球演化、生物圈形成与繁荣的进程。光系统Ⅱ核心复合体是光能驱动水氧化的重要场所，具有光解水放氧功能的系统II核心复合体是一个由多个蛋白亚基、锰簇、色素分子等辅助因子组成的色素膜蛋白复合体。其核心锰簇是含有五个金属离子的Mn4O5Ca。其中的三个Mn原子，四个氧原子和一个钙离子占据六面体的8个顶点，形成立方体结构。太阳光经捕光天线吸收后分步传给反应中心的叶绿素特殊对，并实现电荷分离，形成的正电荷将邻近的酪氨酸Z氧化成正离子自由基，后者进一步将锰簇物氧化，驱动水的氧化并放出氧气：早期闪光诱导动力学研究表明，氧气的释放需要4个持续的闪光过程才能完成一个放氧周期。Kok等在1970就提出天然锰簇物放氧中心存在一个由S0-S4的5个状态构成的循环反应模式（即Kok 循环）。S0，S1，S2 ，S3 和S4分别表示放氧锰簇物的不同氧化还原状态。每一次氧化诱导的状态改变都会丢失一个电子，而每循环一次则需吸收4个光子，积累4个氧化当量（失去4个电子，积累4个质子）才能把水分子完全裂解，释放氧气后再次回复到S0态，如图1所示。2H2O−4e−⟶4hvO2↑+4H+" role="presentation"的释放需要4个持续的闪光过程才能完成一个放氧周期。图1. Kok循环示意图光系统放氧中心复合物的晶体结构研究表明，放氧中心锰簇物是由锰离子和钙离子经D1和CP43蛋白上氨基酸羧基侧链结合而形成的生物自组装结构。由于D1蛋白对强光很敏感，在体内的代谢周转十分迅速，半衰期大约为十分钟。可见，在自然界中放氧中心锰簇物是依靠生物的自修复功能实现其持续运转的。天然氧中心锰簇物的不稳定性对光合作用水裂解的机制研究也带来了相应的困难。2015年中科院化学研究所张纯喜研究小组在光系统放氧中心人工拟合物的研究中获得重大进展，成功合成了新型Mn4O4Ca簇合物（Science, 2015, 348, 690-693）。迄今为止，该类化合物是与天然放氧中心锰簇物最为接近的人工拟合物，该拟合物中四个Mn离子的价态（+3，+3，+4，+4）与天然放氧中心锰簇物S1态一致，而且同样具有催化水裂解的功能。此人工合成物为天然放氧中心锰簇物裂解水过程的微观机制研究提供了良好的契机。相关实验研究中，位于红外光谱低频波段（