Das Hydroxylradikal (·OH) ist das reaktivste Oxidationsmittel und spielt eine wichtige Rolle im biogeochemischen Kreislauf der Elemente und beim Abbau von Schadstoffen in der Umwelt. In den letzten Jahren wurde festgestellt, dass die Redoxreaktion von Eisen in unterirdischen Sedimenten auf natürliche Weise ·OH erzeugt, selbst unter dunklen Bedingungen ohne die Anwesenheit von exogenem Wasserstoffperoxid. Allerdings ist die Wirkung der mit Mineralien assoziierten organischen Bodensubstanz (SOM) auf den Prozess nicht gut verstanden.
In einer Studie veröffentlicht in Umweltwissenschaft und -technologiehat ein Forscherteam um Prof. Zhu Yongguan und Li Gang vom Institute of Urban Environment der Chinese Academy of Sciences den Einfluss von Huminstoffen, den Hauptbestandteilen von SOM, auf die mikrobiell vermittelten Eisenreduktions- und Reoxidationsprozesse beschrieben und etabliert der Weg der ·OH-Produktion in verschiedenen SOM-enthaltenden Systemen.
Die Forscher verwendeten Fulvinsäure (FA), Huminsäure (HA) und Humin (HM), Bestandteile von Huminstoffen, die operativ aus dem Boden getrennt werden, um den Einfluss von OBS-Eigenschaften auf Eisen-Redox-Prozesse zu bewerten. Sie fanden heraus, dass die hohe Elektronenaustauschkapazität von FA und HA den mikrobiellen Eisenreduktionsprozess förderte, während HA mit hoher Elektronenabgabekapazität die Ausbeute an ·OH hemmte.
Unter Verwendung der Fänger möglicher Zwischenprodukte, die an der ·OH-Produktion beteiligt sind, etablierten die Forscher verschiedene Wege für die ·OH-Produktion in einem SOM-enthaltenden System. Sie fanden heraus, dass der Einelektronentransferprozess die ·OH-Produktion im FA-enthaltenden System dominierte, während in HA- und HM-enthaltenden Systemen sowohl Ein- als auch Zweielektronentransferprozesse vorhanden waren.
Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass mikrobiell vermittelte Eisen-Redoxprozesse die Eigenschaften der gelösten Fraktionen von SOM veränderten und die Aromatizität der gelösten Fraktion von HA aufgrund ihrer hohen Reaktivität mit ·OH abnahm.
Basierend auf dem hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop und Röntgendiffraktometer bildeten sich sekundäre Eisenminerale und SOM hemmte ihre Umwandlung in stabilere und kristallinere Eisenoxy(hydr)oxide.
Diese Arbeit fördert das Verständnis von SOM-beteiligten Eisenredoxprozessen und der ·OH-Produktion. Die aufgedeckten Mechanismen müssen berücksichtigt werden, wenn die Wirkung von möglicherweise erzeugtem ·OH auf den Schadstoffabbau in Umgebungen mit fluktuierenden Redoxwerten bewertet wird.
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Qiao Xu et al, Verbesserte Bildung von 6PPD-Q während der Alterung von Reifenverschleißpartikeln in anaeroben überfluteten Böden: Die Rolle der Eisenreduktion und umweltbeständiger freier Radikale, Umweltwissenschaft und -technologie (2023). DOI: 10.1021/acs.est.2c08672