We investigated the activation of hydrogen peroxide (H2O2) by biochars (produced from pine needles, wheat, and maize straw) for 2-chlorobiphenyl (2-CB) degradation in the present study. It was found that H2O2 can be effectively activated by biochar, which produces hydroxyl radical (•OH) to degrade 2-CB. Furthermore, the activation mechanism was elucidated by electron paramagnetic resonance (EPR) and salicylic acid (SA) trapping techniques. The results showed that biochar contains persistent free radicals (PFRs), typically ∼1018 unpaired spins/gram. Higher trapped [•OH] concentrations were observed with larger decreases in PFRs concentration, when H2O2 was added to biochar, indicating that PFRs were the main contributor to the formation of •OH. This hypothesis was supported by the linear correlations between PFRs concentration and trapped [•OH], as well as kobs of 2-CB degradation. The correlation coefficients (R2) were 0.723 and 0.668 for PFRs concentration vs trapped [•OH], and PFRs concentration vs kobs, respectively, when all biochars pyrolyzed at different temperatures were included. For the same biochar washed by different organic solvents (methanol, hexane, dichloromethane, and toluene), the correlation coefficients markedly increased to 0.818–0.907. Single-electron transfer from PFRs to H2O2 was a possible mechanism for H2O2 activation by biochars, which was supported by free radical quenching studies. The findings of this study provide a new pathway for biochar implication and insight into the mechanism of H2O2 activation by carbonaceous materials (e.g., activated carbon and graphite).

Tetracyclines are widely-used antibiotics in the world. Due to their poor absorption by human beings, or poultry and livestocks, most of them are excreted into the environment, causing growing concern about their potential impact, while photodegradation has been found to dominate their sequestration and bioavailability. Coupling with high-performance liquid chromatography–mass spectroscopy (HPLC–MS), gas chromatography–mass spectroscopy (GC–MS) and electron spin resonance (ESR), the mechanism of photocatalytic degradation of TC in aqueous solution by nanosized TiO2 (P25) under UV irradiation was investigated. The photocatalysis eliminated 95% of TC and 60% of total organic carbon (TOC) after 60 min irradiation, and NH4+ ion was found to be one of the end-products. Bioluminescence assay showed that the toxicity of TC solution reached the maximum after 20 min irradiation and then gradually decreased. The degradation of TC included electron transfer, hydroxylation, open-ring reactions and cleavage of the central carbon. A possible photocatalytic degradation pathway of TC was proposed on the basis of the identified intermediates. Overall, the TiO2 photocatalysis was found to be a promising process for removing TC and its intermediates.

Nano-CuFe2O4 has received much attention owing to its application in the heterogeneous activation of peroxymonosulfate (PMS) for contaminants degradation. However, the mechanism of activation is not fully understood. This study aims to elucidate the mechanism of PMS activation by nano-CuFe2O4 and its implications for polychlorinated biphenyls (PCBs) degradation. PMS was found to be efficiently activated by nano-CuFe2O4 to produce free radicals for PCB28 degradation at a wide range of pH values. Electron paramagnetic resonance and free radical quenching studies were used to elucidate the mechanism of PMS activation by nano-CuFe2O4. It emerged that superoxide radical anions (O2−) generated by nano-CuFe2O4 could transfer electrons to Fe(III) and Cu(II), generating Fe(II) and Cu(I) on the nano-CuFe2O4 surface. The generated Fe(II) and Cu(I) further activated PMS to produce sulfate (SO4−) and hydroxyl (OH) radicals for PCB28 degradation. The addition of quencher of O2− significantly inhibited PCB28 degradation, while increasing dissolved oxygen concentration enhanced PCB28 degradation, which further confirmed the key role of O2− in SO4− and OH generation. Based on intermediate identification, a PCB28 degradation pathway was proposed. These findings provide new insight into the mechanism of heterogeneous activation of PMS by nano-CuFe2O4 and will promote its application in the degradation of refractory organic compounds.

Land application of wastes generated from concentrated animal feeding operations may result in accumulation of tetracyclines (TCs) and metals in agricultural soils. Adsorption of TCs and metals on soil minerals strongly affects their mobility. This study was conducted to evaluate the interaction between tetracycline (TC) and Cu(II) with regard to their adsorption and cosorption on montmorillonite as affected by solution pH. When solution pH was below 6.5, the presence of TC increased Cu(II) adsorption on montmorillonite, which could be due to increasing Cu(II) adsorption via the TC bridge, or due to the stronger affinity of TC−Cu(II) complex to the mineral than Cu2+ ion itself. Zeta potential of the montmorillonite significantly decreased after the adsorption of TC, suggesting a strong interaction between TC and montmorillonite. Addition of Cu(II) ions increased TC adsorption on the mineral in a wide range of pH. The experimental data were well fit with the weighted sum model. The complexes of TC and Cu(II) (CuH2L2+, CuHL+, and CuL) had higher sorption coefficients (Kd) than that of the corresponding TC species (H3L+, H2L, and HL−). Increasing adsorption of TC and Cu(II) on montmorillonite as they coexist in the normal pH environment may thus reduce their mobility.

Human activity intensity should be controlled within the carrying capacity of soil units, which is crucial for environmental sustainability. However, the existing assessment methods for soil environmental carrying capacity (SECC) rarely consider the relationship between human activity intensity and pollutant emissions, making it difficult to provide effective early warning of human activity intensity. Moreover, there is a lack of spatial high-precision accounting methods for SECC. This study first established a spatial soil environmental capacity (SEC) model based on the pollutant thresholds corresponding to the specific protection target. Next, a spatial net-input flux model was proposed based on soil pollutants' input/output fluxes. Then, the quantitative relationship between human activity intensity and pollutant emissions was established and further incorporated into the SECC model. Finally, the spatial high-precision accounting framework of SECC was proposed. The methodology was used to assess the SECC for the copper production capacity in a typical copper smelting area in China. The results showed that (i) the average SECs for Cu, Cd, Pb, Zn, As and Cr are 427.89, 16.84, 306.41, 376.8, 71.63, and 392.7 kg hm−2, respectively; (ii) heavy metal (HM) concentrations and land-use types jointly influence the spatial distribution pattern of SEC; (iii) atmospheric deposition is the dominant HM input pathway and the high net-input fluxes are mainly located in the southeast of the study area; (iv) with the current human activity intensity for 50 years, the average SECs for Cu, Cd, Pb, Zn, As and Cr are 202.31, 1.71, 20.9, 66.15, 36.73, and 3 kg hm−2, respectively; and (v) to maintain the protection target at the acceptable risk level within 50 years, the SECC for the increased copper production capacity is 1.53 × 106 t. This study provided an effective tool for early warning of human activity intensity.