【Short Communication】含氟液晶单体化合物的光催化降解——分子结构与活性物种之间的关系
液晶显示器（LCD）是大多数电子产品的重要组成部分，LCD在全球范围内的生产量不断增加，带来了大量报废电子垃圾。LCD的化学成分主要是液晶单体（LCMs），大约四分之一的LCMs已被确定为持久性和生物累积性 (P&B) 化学品。LCMs通常含有苯或二苯基骨架结构及氰基、氟、氯和溴等官能团。本研究假设具有相似分子结构的LCMs的降解机制和解毒过程可能取决于它们独特的结构和官能团。
本研究小组在之前的工作中已经发现，1,2,3-三氟-5-[3-(3-丙基环己基)环己基]苯（TPrCB）在46个电子垃圾粉尘样品中的检测频率为100%，浓度为8.23−190,000 ng/g。基于此，我们选择TPrCB与其他结构相似的含氟LCMs（包括DPrCB、BBDB和ECTB）作为目标化合物，研究其不同分子结构对二氧化钛（Degussa P25）在光催化降解过程中产生的影响，并结合密度泛函理论（DFT）讨论了含氟LCMs的反应机制和解毒过程。
结果表明，BBDB的降解速率常数分别是DPrCB、TPrCB和ECTB的3.0、2.6和6.8 倍。淬灭实验结合DFT计算结果表明，BBDB、DPrCB和TPrCB主要由易受h+、•OH和•O2−亲电攻击的负静电势 (ESP) 区域组成，而ECTB主要由易受•OH和•O2−亲核攻击的正ESP区域组成，h+的直接氧化可以提高LCMs的降解效率，导致BBDB、DPrCB和TPrCB的降解比ECTB更容易发生。此外，BBDB、DPrCB和TPrCB的解毒过程包括碳链和苯环迅速的断裂，产生毒性较小的产物。然而，ECTB的甲氧基降低了苯环上的亲核反应性，导致苯环开环过程变慢，解毒效率降低。受本研究工作的启发，可以对各种LCMs进行理论计算和分析，以定性预测某种降解模式是否会影响LCMs的解毒效率。这方面的研究可为筛选用于制造LCD的候选LCMs提供理论基础，旨在减轻LCMs对环境的持久危害。
文章亮点
1. 研究了不同含氟液晶单体化合物的光催化降解性能。
2. 阐明了分子结构与光催化活性物种之间的构效关系。
3. 推理出含氟液晶单体化合物的降解路径和毒性分析。
文章配图
图1 图形摘要
图2 DPrCB、TPrCB、BBDB和ECTB在P25/太阳光体系中可能的ROS攻击机制和解毒过程。
作者信息
第一作者 何少雄，2018—2021年于暨南大学曾力希教授和朱明山教授课题组攻读硕士学位，目前是中山大学环境科学与工程学院的在读博士生。主要从事高级氧化技术对水体中新型有机微污染物的去除及机理研究。
通讯作者 朱明山，暨南大学环境学院，教授，博导，广东省自然科学基金杰出青年获得者，广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才。研究方向为环境催化和水环境中新污染物控制化学。近5年来以第一/通讯作者身份发表SCI收录论文83篇，包括行业内国际著名顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.（3篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、ES&T（1篇）、Water Res.（3篇）和Appl. Catal. B: Environ.（14篇）等，IF>15共计20篇，13篇入选ESI-1%高被引论文，5篇入选ESI-1‰热点论文。以第一发明人申请国家发明专利13件（已授权2件），与企业签订技术服务合同3项，主持国家/省部级项目4项。担任Elsevier旗下Chinese Chemical Letters（IF: 6.779）高级编委、客座编辑，Surfaces and Interfaces（IF: 4.837）编委、客座编辑，第一届中国感光学会青年理事，第五届广东省青年科协常任理事等职。
论文ID
原文题目 Molecular structure on the detoxification of fluorinated liquid crystal monomers with reactive oxidation species in the photocatalytic process
引用信息 He, S., Shen, M., Wu, E., Yin, R., Zhu, M., & Zeng, L. (2021). Molecular structure on the detoxification of fluorinated liquid crystal monomers with reactive oxidation species in the photocatalytic process. Environmental Science and Ecotechnology 9: 100141.
本期编辑 陈卓
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