近日，河南师范大学环境学院新污染物生态效应与风险防控技术团队黎想和邹威老师在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表题为“Tripolyphosphate-enhanced Fe-C promotes O₂ activation for bisphenol A removal: Roles of tripolyphosphate and dominant reactive oxygen species”的研究论文。该研究针对铁碳微电解易钝化、近中性条件下分子氧活化效率不足的问题，提出三聚磷酸盐（TPP）配位强化策略。TPP通过减轻表面钝化、促进铁循环和电子传递，提高活性氧生成能力，使双酚A在60 min内去除97.1%，反应速率常数达到未添加TPP体系的18.4倍，并将有效反应条件拓展至近中性。研究阐明了TPP对铁碳界面反应及活性氧生成路径的调控作用，为利用分子氧去除水中有机污染物提供了依据。
图文摘要
引言
双酚A是水环境中常见的内分泌干扰物。铁碳微电解可利用铁与碳之间的电位差促进电子转移，并活化溶解氧产生氧化性物种，具有用于难降解有机废水处理的潜力。然而，铁氧化物易在材料表面沉积，阻碍活性位点暴露和电子传递，导致体系在近中性条件下反应效率下降。配体调控有望通过改变铁的配位环境减轻钝化、促进铁循环，但配体如何影响铁碳界面反应及活性氧生成仍不清楚。TPP能够与铁配位，其对铁碳体系分子氧活化的作用值得探究。因此，本研究构建TPP/Fe-C/Air体系，考察双酚A去除性能，并揭示TPP的强化机制。
图文导读
合成方法与材料特征
图1 原始Fe-C及不同反应条件下使用后材料的SEM图像
研究以零价铁和木屑为原料制备生物炭基铁碳微电解颗粒（Fe-C），在空气条件下引入TPP，构建TPP/Fe-C/Air反应体系。材料具有多孔结构，比表面积为93.40 m2/g。反应前后的SEM、XRD及XPS结果表明，TPP能够减轻铁氧化物在材料表面的生成与沉积，并与铁物种发生配位作用，有利于维持材料的反应活性。
去除效率提升并拓展至近中性条件
图2 不同体系对双酚A的去除效果及反应速率常数（原文Fig. 3）
在BPA初始浓度10 mg/L、Fe-C投加量0.5 g/L、TPP浓度1.0 mM的条件下，TPP/Fe-C/Air体系在60 min内去除97.1%的BPA，反应速率常数为0.081 min−1；未添加TPP的Fe-C/Air体系仅去除约14%。通入氮气后，去除率降至12.2%，说明分子氧对反应至关重要。
图3 材料投加量、TPP浓度、初始pH及BPA浓度对去除效果的影响
在考察的初始pH 5-7范围内，体系均能在60 min内实现接近完全的BPA去除，表明TPP将铁碳材料的有效反应条件拓展至近中性。提高材料投加量或TPP浓度可加快反应，而较高的BPA初始浓度会降低去除速率。
活性氧生成与铁循环强化
图4 活性氧的EPR信号及不同淬灭剂对BPA去除的影响
EPR和淬灭实验支持•OH、O2•−及1O2参与BPA去除。结合H2O2检测和活性物种生成实验，研究提出O2→O2•−→H2O2→•OH的连续单电子转移路径；1O2则与O2•−等物种的后续转化有关。TPP通过形成Fe-TPP络合物促进Fe(II)/Fe(III)循环，电化学结果进一步表明其有利于降低电荷转移阻力，从而维持分子氧活化与活性氧生成。
理论计算支持配位环境的调控作用
图5 TPP与EDTA配位模型中分子氧活化路径的自由能变化
DFT计算表明，TPP与铁活性位点具有较强的结合倾向。与EDTA配位模型相比，TPP配位模型中所考察氧活化路径的自由能变化更有利。计算与铁物种分析、电化学结果相互印证，说明TPP的强化作用与铁的配位环境及界面电子传递密切相关。
实际水体适应性与降解产物毒性
图6 水质组分影响、多污染物去除效果及材料循环性能
体系在污水处理厂出水和河水中对BPA的去除率分别约为90.0%和93.9%，五次循环后仍保持约85.1%的去除率，并对阿特拉津、磺胺甲噁唑和甲基橙有效。Cl−、SO42−和腐殖酸可促进反应，而HCO3−和H2PO4−产生抑制，表明其处理效果仍受水质组成影响。
降解路径与产物毒性
Fig. 7 BPA及其中间产物对鱼、水蚤和藻类的预测急性与慢性毒性
结合LC-MS鉴定和分子DFT计算，研究提出BPA经羟基化、断键及开环等过程逐步降解的可能路径。ECOSAR预测显示，多数中间产物的水生生物毒性低于BPA，但部分产物对特定生物的预测毒性升高。这说明评价处理效果时，需要同时关注污染物去除及中间产物的后续转化。
结论与意义
这项工作揭示了TPP通过铁配位调控、减轻表面钝化及促进电子传递，强化铁碳体系分子氧活化的作用机制，并提出了以连续单电子转移为主的活性氧生成路径。研究将铁物种循环、界面电荷传递与污染物氧化联系起来，说明配位环境是调节铁碳材料氧活化能力的重要因素，为改善铁碳微电解在近中性水体中的反应效率、发展以分子氧为氧化来源的水处理方法提供了可参照的思路。
论文链接
X. Li, M. Zhang, H. Song, Q. Cui, Y. Pan, Z. Li, W. Zou, Tripolyphosphate-enhanced Fe-C promotes O2 activation for bisphenol A removal: Roles of tripolyphosphate and dominant reactive oxygen species, Journal of Environmental Chemical Engineering, 14 (2026), 121478.
https://doi.org/10.1016/j.jece.2026.121478