▲图1  苯醌活化高铁酸盐原位强化絮凝示意图（来源：ScienceDirect）

对高铁酸盐水溶液进行不同时间紫外光谱测试，在t时所得光谱与0时所得光谱作差得到的紫外差分光谱进行反卷积处理，得到Fe(VI)、Fe(V)、Fe(IV)以及Fe(III)在经过水解过程中产生FeOH2+、Fe(OH)2+和Fe2(OH)24+等形态物质的高斯谱带。通过对不同反应时间下各铁形态物质的高斯谱峰值进行整理发现（图2），BQ存在条件下，可促进Fe(VI)向Fe(V)和Fe(IV)转化，并且这两种中间态的高价铁得到强化；同时FeOH2+逐渐降低，Fe(OH)2+和Fe2(OH)24+增加，表明单核羟基络合物向多核羟基络合物转化，有利于体现出良好的电中和与吸附架桥作用，有效聚集胶体颗粒物。

而通过动力学过程分析也得出BQ提升Fe(VI)氧化动力学与Fe(III)混凝动力学的反应速率常数，说明BQ能明显活化高铁酸盐溶液，强化Fe(VI)的氧化过程，且BQ浓度越高，氧化动力学过程所受影响越明显，但过高浓度的BQ对混凝动力学过程产生抑制作用，这是由于过量BQ将Fe(III)还原为Fe(II)，从而影响絮凝性能。因此利用适量BQ强化高铁酸盐对有机物的去除过程，平衡氧化与混凝作用之间的关系则有利于发挥其最大功效，达到有机物的高效去除。

▲图2  苯醌对铁形态物质变化的影响。（a）起到氧化作用的高价态铁包括Fe(VI)、Fe(V)和Fe(IV)；（b）起到絮凝作用的羟基络合物包括FeOH2+、Fe(OH)2+和Fe2(OH)24+（来源：ScienceDirect）

在向高铁酸盐中加入Fe(V)、Fe(IV)淬灭剂以探究苯醌对高铁酸盐反应过程中的具体活性基团影响的实验中，我们发现在Fe(VI)-BQ体系下，由Fe(VI)，Fe(V)，Fe(IV)共同氧化的去除率为50%左右，混凝去除效率为30%，而加入甲醇和叔丁醇后HA的氧化去除率仅为32%和29%，絮凝去除效率仅为5%，系统的氧化与絮凝性能大幅下降，且体系中PnFe-H含量明显降低。一方面说明起氧化作用的高价态Fe(V)与Fe(IV)是BQ的关键活化因子，另一方面也明确了PnFe-H的转化途径，BQ活化后产生的大量PnFe-H主要源自于Fe(V)和Fe(IV)，而非Fe(VI)转化的Fe(III)水解过程。

▲图3（a）高价态活性铁的紫外吸光度变化；（b）甲醇与叔丁醇对HA氧化去除效率的影响；Fe(III)羟基络合物（c）Fe(OH)2+；（d）Fe2(OH)24+的紫外吸光度变化；（e）甲醇与叔丁醇对HA混凝去除效率的影响（来源：ScienceDirect）

由于BQ中醌基官能团起着电子转移的作用，因此BQ具有还原铁离子的能力，对铁的迁移、转化和循环起重要作用。通过计算不同BQ浓度下复合物之间的界面作用能，体现复合物的团聚程度。当BQ为0.01mM时，Fe(VI)分解速率较慢，且较少转化为Fe(IV)，随着BQ浓度增加，Fe(VI)快速降低且大量转化为Fe(V)和Fe(IV)，一旦BQ浓度过高时，Fe(VI)分解速率降低。另一方面，BQ促进更多的FeOH2+转化为Fe(OH)2+和Fe2(OH)24+，降低复合物极性，增强其疏水性能，从而降低复合物之间范德华作用能与酸碱作用能，使得复合物之间的呈相互吸附的趋势。然而过量BQ则会将Fe3+还原为Fe2+，抑制Fe3+催化Fe(VI)自分解的过程，从而削弱PnFe-H的絮凝性能。

▲图4（a）和（b）分别为不同浓度BQ影响下高价态铁与铁羟基络合物转化过程示意图；（c）-（e）分别为BQ浓度为0mM、0.1mM、1mM时PnFe-H-HA复合物之间界面作用能随分离距离变化曲线（来源：ScienceDirect）

由于BQ中醌基官能团起着电子转移的作用，因此BQ具有还原铁离子的能力，对铁的迁移、转化和循环起重要作用。通过计算不同BQ浓度下复合物之间的界面作用能，体现复合物的团聚程度。当BQ为0.01mM时，Fe(VI)分解速率较慢，且较少转化为Fe(IV)，随着BQ浓度增加，Fe(VI)快速降低且大量转化为Fe(V)和Fe(IV)，一旦BQ浓度过高时，Fe(VI)分解速率降低。另一方面，BQ促进更多的FeOH2+转化为Fe(OH)2+和Fe2(OH)24+，降低复合物极性，增强其疏水性能，从而降低复合物之间范德华作用能与酸碱作用能，使得复合物之间的呈相互吸附的趋势。然而过量BQ则会将Fe3+还原为Fe2+，抑制Fe3+催化Fe(VI)自分解的过程，从而削弱PnFe-H的絮凝性能。