为了改善水处理，研究人员使用模型来了解化学副产品如何 在高级氧化过程中形成。
合成化学品在现代生活中无处不在——在我们的药物、化妆品中 和衣服——但是当它们进入我们的市政供水系统时会发生什么？
由于这些化学物质看不见、摸不着，我们假设它们不会造成伤害 我们把它们冲进水槽后。然而，大多数水处理基础设施 并非旨在去除阿片类药物中发现的合成有机化学物质， 个人护理产品和药品。
因此，废水中存在微量浓度的这些化学物质： 从处理厂排入湖泊、河流和溪流的水。虽然发现 在极小的浓度（仅纳克或微克）下，毒性并不明显 在人体和生态系统中得到很好的理解。
更糟糕的是，我们对副产品对人类和生态系统健康的影响知之甚少 在高级氧化水处理过程中产生；数千种化学品 只需几分钟即可产生副产品。
因此，科学家和处理厂管理者了解这一点至关重要 处理过程中产生化学副产品的机制。水方大辅，足球比赛结果土木与环境工程助理教授 大学与合著者 Divya Kamath 和 Stephen Mezyk 试图了解这些 使用丙酮作为测试用例的机制。
作者在此基础上在治疗过程中，使用量子力学计算来预测化学副产物 当丙酮在高级氧化过程中降解时会发生这种情况。
他们的结果发表在今天的文章中，（DOI：10.1021/acs.est.8b00582），在期刊中环境科学与技术，由美国化学会出版。
建模退化
按照化学标准，丙酮具有简单的结构。这使其成为理想的选择 用于模拟反应途径——化学物质降解为自由基的多种方式 和副产物——预测哪些副产物和自由基形成。
“当我们使用高级化学氧化进行水处理时，这些氧化剂会破坏 以有机化合物为目标，但会产生副产品，”Minakata 说。 “一些副产品可能 比其母体化合物毒性更大。我们需要了解基本机制 了解副产品是如何生产的，然后我们可以预测副产品会产生什么 许多其他化学品。我们发现了 200 多个与丙酮降解有关的反应 基于计算工作。”
Minakata 的团队将该模型的预测结果与观察到的 10 种副产品进行了比较 在 1999 年的实验研究中，该模型的结果与 观察到的反应途径。
高级氧化是处理水和废水的一种非常有效且重要的方法， 因此不应停止使用它。干旱地区许多社区正在运行 缺水，必须重新利用经过处理的废水——这一过程称为直接饮用水再利用。 如果合成有机化学品及其氧化副产物没有从 水、人和动物消耗它们。
在五大湖地区，上游社区将处理后的废水排放到 湖泊和河流。居住在下游的人们使用这些水；以及现有的、传统的 处理过程不能有效去除所有有机化学物质。高级氧化 可以有效地靶向特定的有机化学物质，将其从水中去除。造型 反应途径对于帮助水处理管理者了解如何最好地进行反应至关重要 可以说是挥舞着刀子。
这项工作的一个局限性是该模型仅适用于结构简单的有机 丙酮等污染物，而不是广泛的多种化学降解过程。 有机化学品具有极其复杂的结构，我们缺乏计算能力 计算反应路径的能力。 Minakata 的团队使用足球比赛结果的高级超级计算机。苏必利尔通过数百次计算对丙酮路径感到困惑——有些 其中可能需要几周以上的时间。
周围的化学反应
了解化学副产物形成的机制不仅重要 用于水处理；它还推进了我们对化学反应的了解 大气层和我们的身体内部。
“在云中的水滴内部，同样的自由基反应正在发生，”Minakata 说。 “在我们的身体里，活性氧会损害人体细胞。如果你喝了很多酒 酒精，或者阳光照射过多，都会产生自由基。那些免费的 自由基会损害您的细胞并可能产生癌细胞。自由基相关化学 在不同学科中很常见。我们利用自由基的化学作用来破坏 有毒化学品。”
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