フェレート(VI)による4-tert-ブチルフェノールの変換の速度論と反応経路

Kinetics and reaction pathways for the transformation of 4-tert-butylphenol by ferrate(VI).

• Qing Zheng
• Nannan Wu
• Ruijuan Qu
• Gadah Albasher
• Wanming Cao
• Beibei Li
• Nouf Alsultan
• Zunyao Wang

抄録

4-t-tert-ブチルフェノール(4-tBP)はフェノール性内分泌撹乱物質であり、その発生量の多さ、環境中への残留性、毒性の可能性などから注目されている。本研究では、フェライト(VI)酸化過程における4-tBPの変態を系統的に調べた。Fe(VI)と4-tBPの2次反応速度定数(k)は溶液pHとともに減少し、pH8.0で295M-sと決定された。4-tBPの除去効率は、MgとHCOによってわずかに低下したが、Cuとフミン酸の存在によって程度の差はあるが促進された。生成物分析の結果、4-tBPは主に酸素原子移動,ベンゼン開環反応,ラジカルカップリング反応を経て、水酸化生成物,ベンゼン環開裂生成物,二量体,高次重合生成物に変換されることが明らかになった。さらに、4-tBPの初期反応は、原子分電荷,フロンティア電子密度,スピン密度の理論解析により合理化された。その結果、超純水及び天然水のいずれにおいても、5分間の反応で4-tBP(20μM)をほぼ完全に除去することができ、フェノール類汚染水の処理において本法が有効であることを示した。

4-tert-butylphenol (4-tBP) is a phenolic endocrine disrupting chemical that has attracted great attention due to its wide occurrence, environmental persistence, and possible toxic effects. In this study, we systematically investigated the transformation of 4-tBP in ferrate (VI) oxidation process. The second-order reaction rate constant (k) of Fe(VI) with 4-tBP decreases with solution pH, and the k value was determined as 295 M·s at pH 8.0. The removal efficiency of 4-tBP was slightly decreased by Mg and HCO, while accelerated at varying degrees by the presence of Cu and humic acid. Product analysis revealed that 4-tBP was mainly transformed into hydroxylation products, benzene-ring cleavage products, dimers and higher polymerization products via oxygen atom transfer, ring-opening of the benzene ring and radical coupling reaction. Furthermore, initial reactions of 4-tBP were rationalized by theoretical analysis of atom partial charges, frontier electron densities, and spin densities. Nearly complete removal of 4-tBP (20 μM) was achieved after 5 min of reaction in both ultrapure water and natural waters, demonstrating the feasibility of this Fe(VI) oxidation method in treating phenols-contaminated waters.

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