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热解碳质促进 2,4-二硝基苯甲醚 (DNAN) 水解的实验和计算研究

Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2024-05-13 , DOI: 10.1021/acs.est.4c01069
Nourin I Seenthia 1 , Eric J Bylaska 2 , Joseph J Pignatello 3 , Paul G Tratnyek 4 , Samuel A Beal 5 , Wenqing Xu 1
Affiliation  


本研究研究了 2,4-二硝基苯甲醚 (DNAN) 在热解碳质物质 (PCM) 上的反应途径,以评估 PCM 促进的表面水解的范围和机制。使用模型 PCM(石墨)在 pH 11.5 和 25 °C 下观察到 DNAN 降解,而没有石墨则没有发生明显的降解。实验在 pH 11.5 下进行,因为 pH 值低于 11.0 时 DNAN 没有衰减,这与之前的研究一致。通过将 DNAN 水解的活化能降低 54.3 ± 3.9%,石墨在 65 °C 和 pH 11.5 条件下相对于均质溶液表现出 1.78 倍的 DNAN 分解增强。我们使用从头算分子动力学/分子力学 (AIMD/MM) 进行的 Car-Parrinello 模拟和 DFT 自由能模拟进行的计算建模结果支持了这一点,这表明 PCM 有效地将反应势垒降低了约 8 kcal mol –1与均质溶液相比。季铵 (QA) 改性活性炭在多种 PCM 中表现最好,在 pH 11.5 和 25 °C 下将 DNAN 半衰期从 185 天缩短至 2.5 天,同时在连续 10 次添加 DNAN 后仍保持其反应性。我们认为,PCM 可以通过将反应物质限制在 PCM 表面附近来影响水解反应的热力学和动力学,从而使溶剂分子不易接近它们,并创造一个介电常数较弱、有利于亲核取代反应的环境。 DNAN 衰变过程中亚硝酸盐的形成证实了脱硝途径,而去甲基化是均质溶液中的首选途径,会产生 2,4-二硝基苯酚 (DNP)。 PCM催化的脱硝有利于去甲基化,因为亚硝酸盐的毒性比DNAN和DNP小。 这些发现为反应性吸附剂设计提供了重要的见解,对催化剂设计和污染物减排具有广泛的影响。




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更新日期:2024-05-13
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