ビスフェノールAの除去のための緑鉄ナノ粒子を用いたヘテロジニアス・フェントン様システム：性能・動力学・変換機構の解明

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J. Environ. Manage..2020 Jul;272:111047. S0301-4797(20)30975-0. doi: 10.1016/j.jenvman.2020.111047.Epub 2020-07-13.

ビスフェノールAの除去のための緑鉄ナノ粒子を用いたヘテロジニアス・フェントン様システム：性能・動力学・変換機構の解明

A heterogeneous fenton-like system with green iron nanoparticles for the removal of bisphenol A：Performance, kinetics and transformation mechanism.

Bo Guo
Tingting Xu
Lei Zhang
Sai Li

PMID: 32677620 DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.111047.

抄録

グリーン合成された鉄ナノ粒子は、簡便かつ迅速に合成できるという利点があり、注目度が高まっている。本研究では、ブドウ種子抽出物を用いた緑色鉄ナノ粒子(GS-Fe-NPs)をフェントン類似系の不均一系触媒として用い、水溶液中のビスフェノールA(BPA)を分解した。反応前後のGS-Fe-NPsの特性を走査型電子顕微鏡,フーリエ変換赤外分光法及びX線回折法により評価した。また、初期pH,初期BPA濃度,GS-Fe-NPs添加量,HO添加量及び温度がBPA分解に及ぼす影響を系統的に検討した。その結果、GS-Fe-NPs/HO系では、より広いpH範囲(3.0〜11.0)で良好なBPA分解性能を示した。初期pH6.9(無調整)では、308KでGS-Fe-NPs 0.30g/L,HO 1.0mol/Lで96.4%のBPA分解効率を達成した。さらに、消光実験により、OHが主なフリーラジカルであり、その寄与度は初期pHによって変化することが確認された。その結果、BPAの分解の速度論的挙動は疑似一次モデル(R 0.9710-0.9997)とよく一致しており、BPAの分解は酸化還元反応に支配されていることが示唆された。液体クロマトグラフィー/質量分析法により同定された中間体をもとに、GS-Fe-NPs/HOシステムにおけるBPAの分解経路と除去機構を提案した。これにより、BPA汚染水の簡易かつ効果的な水処理法を提供することができる。

Green synthesized iron nanoparticles have been received increasing attention due to its advantages of a simple, rapid and cost-effective synthesis. In this study, green iron nanoparticles by grape seed extracts (GS-Fe-NPs) were used as a heterogeneous catalyst of Fenton-like system to degrade bisphenol A (BPA) in the aqueous solution. The properties of GS-Fe-NPs before and after reaction were characterized by Scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction respectively. Effect factors, including initial pH value, initial BPA concentration, GS-Fe-NPs dosage, HO dose and temperature on the degradation were investigated systematically. Good performances on the BPA degradation were observed over the wider pH range (3.0-11.0) in the GS-Fe-NPs/HO system. At solution initial pH 6.9 (not adjusted), the BPA degradation efficiency could achieve 96.4% with GS-Fe-NPs 0.30 g/L and HO 1.0 mol/L at 308 K. Furthermore, quenching experiments confirmed that OH was the main free radical and its contribution to the BPA degradation varied with the initial pH. The kinetics behavior of BPA degradation had good agreements with the pseudo-first-order model (R 0.9710-0.9997), suggesting that the degradation of BPA is dominated by redox process. Based on the identified intermediates by liquid chromatography/mass spectrometry, the possible degradation pathways and BPA removal mechanism in the GS-Fe-NPs/HO system were proposed. It provides a simple and effective water treatment method for BPA contaminated water.