pHと温度の変化に応じて、フェノールの熱活性化された過硫酸塩酸化の活性化エネルギーと速度の変化

過硫酸塩（ペルオキシジスル酸塩、S2O82-）は、土壌と地下水のin situ化学酸化（ISCO）修復に使用される最新の酸化剤です。本研究では、反応速度定数（K1）、活性化エネルギー（EA）、および熱活性化された過硫酸塩プロセスの反応順序に対する溶液pH、温度、および周硫酸塩濃度の影響を調査しました。フェノールは、モデルの有機汚染物質として選択されました。温度が30°Cから70°Cに上昇すると、K1は0.003 H-1〜0.962 H-1（pH 1.3-13.9）から1.184 H-1〜9.91 H-1（pH 1.3-13.9）に有意な増加を示し、熱を使用して過硫酸塩の活性化で裏付けました。pHが1.3から13.9に増加すると、K1は70°Cで4.3倍増加し、30°Cで320倍の増加を示し、1）アルカリ性条件下でフェノール酸化速度が増加し、2）アルカリ性活性化による反応速度の増強がより低い温度でより顕著であることを示唆しています。pHの増加は、pH 1.3での139.7±1.3 kJ/molからpH 13.9で52.0±3.3 kJ/molに大幅に減少しました。pHの変化とは対照的に、20から320 mmに過硫酸塩濃度を増加させると、K1は大幅に増加しましたが、EAには影響しませんでした。EAの変化は、フェノールの周硫酸塩酸化が、pHが1.3から13.9に変化するにつれて異なる反応経路または基本反応シーケンスを経験したことを示唆しています。さらに、K1とEAのデータは、persul硫酸の有効なアルカリ活性化には、〜11の最小pHしきい値が必要であることも示唆しています。

Persulfate (peroxydisulfate, S2O82-) is the newest oxidant used for the in situ chemical oxidation (ISCO) remediation of soil and groundwater. The present study investigated impacts of solution pH, temperature, and persulfate concentration on the reaction rate constant (k1), activation energy (Ea), and reaction order of the heat-activated persulfate process. Phenol was chosen as the model organic contaminant. As temperature increased from 30 °C to 70 °C, k1 exhibited a significant increase from 0.003 h-1∼0.962 h-1 (pH 1.3-13.9) to 1.184 h-1∼9.91 h-1 (pH 1.3-13.9), which corroborated with the activation of persulfate using heat. As pH increased from 1.3 to 13.9, k1 exhibited a 4.3-fold increase at 70 °C and a 320-fold increase at 30 °C, thereby suggesting that: 1) the phenol oxidation rate increased under alkaline conditions, and 2) the enhancement of reaction rate due to alkaline activation was more pronounced at a lower temperature. Increasing pH significantly reduced Ea from 139.7 ± 1.3 kJ/mol at pH 1.3 to 52.0 ± 3.3 kJ/mol at pH 13.9. In contrast to changing pH, increasing persulfate concentration from 20 to 320 mM significantly increased k1 but did not affect Ea. Changes in Ea suggest that persulfate oxidation of phenol experienced different reaction pathways or elementary reaction sequences as the pH changed from 1.3 to 13.9. In addition, the k1 and Ea data also suggest that a minimal pH threshold of ∼11 was required for the effective alkaline activation of persulfate.