Green Glyphosate Treatment with Ferrihydrite and CaO2 via Forming Surface Ternary Complex.
Environ Sci Technol · 2025 · 59:2791-2801 · PMID 39881631 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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글리포세이트(PMG)는 전 세계적으로 사용되는 광범위 제초제이며, 그 중간 정도의 잔류성과 잠재적 발암성으로 인해 환경적 우려를 받고 있다. 기존의 PMG 처리 방법들은 종종 독성이 더 강하고 잔류성이 높은 아미노메틸포스폰산(AMPA) 중간체를 생성하는 문제점을 가진다. 본 연구에서는 FH와 CaO2를 이용한 녹색 방법을 개발하였으며, 이는 PMG가 FH 및 $\text{Ca}^{2+}$와 배위하는 것을 조절함으로써 이루어졌다. 이 과정에서 PMG의 포스폰산기는 FH에 우선적으로 결합하고, 그 카르복실레이트 측쇄는 CaO2에 의해 방출된 $\text{Ca}^{2+}$와 복합체를 형성하여 FH-PMG-Ca 삼원 표면 복합체를 생성한다. 이 독특한 삼원 복합체는 PMG 분자 내에서 전자를 재분배시켜 C-P 활성화 및 C-N 결합 안정화를 유도하며, 이는 $\text{CaO}_2$에서 유래된 $\text{H}_2\text{O}_2$와 FH 사이의 펜톤 반응으로 생성된 초산화 라디칼에 의한 선택적 C-P 결합 공격을 선호하게 하여 AMPA 대신 환경 친화적인 글리신을 생성한다. 이 FH/CaO2 공정은 산업 폐수 내에서 1시간 이내에 99% 이상의 PMG 분해를 실현하였으며, 잔류 PMG는 $< 0.1 \text{ ppm}$이고 AMPA는 $< 40 \text{ ppb}$였다. 더욱 중요하게도, $\text{CaO}_2$ 소비량은 $3.1 \text{ mg of } \text{CaO}_2/\text{mg of PMG}$로, 이전에 보고된 $\text{CaO}_2$ 기반 방법의 5분의 1 수준이었다. 본 연구는 효과적이고 환경 친화적인 PMG 처리 전략을 제공하며, PMG 분해 경로에서 표면 배위 양식의 중요성을 강조한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate (PMG) is a globally used broad-spectrum herbicide and receives environmental concerns because of its moderate persistence and potential carcinogenicity. Traditional PMG treatment methods often suffer from the generation of a more toxic and persistent aminomethylphosphonic acid (AMPA) intermediate. Herein, we develop a green method with ferrihydrite (FH) and CaO2 (FH/CaO2) via regulating the coordination of PMG with FH and Ca2+, where the phosphonate group of PMG preferentially binds to FH and its carboxylate side complexes with Ca2+ released by CaO2, forming a FH-PMG-Ca ternary surface complex. This unique ternary complex can redistribute electrons within the PMG molecule for its C-P activation and C-N bond stabilization, favoring the selective C-P bond attack of superoxide radical produced by the Fenton reaction between CaO2-derived H2O2 and FH, thus generating environment-friendly glycine instead of AMPA. The FH/CaO2 process realizes over 99% PMG degradation in industrial wastewater within 1 h, with residual PMG < 0.1 ppm and AMPA < 40 ppb. More importantly, the CaO2 consumption was as low as 3.1 mg of CaO2/mg of PMG, one-fifth those of previously reported CaO2-based counterparts. This study provides an effective and environment-friendly PMG treatment strategy and highlights the importance of surface coordination modes on the degradation pathway of PMG.| 저자 | Zhang, N.; Sun, H.; Zhan, G.; Zu, J.; Zhang, L. |
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| 저널 | Environmental science & technology |
| 권·호·쪽 | 59(5), 2791-2801 |
| PMID | 39881631 |
| DOI | 10.1021/acs.est.4c10882 |
| MeSH | Glycine; Glyphosate; Ferric Compounds; Calcium Compounds; Herbicides; Oxides |