纳米N-C/ZrO2活化过硫酸盐降解苯酚的机理研究

锆基纳米材料具有很好的物理化学稳定性及较高的比表面积,适用于解决传统过渡金属基催化剂活化过硫酸盐时金属浸出等问题.本研究将氯化锆-尿素络合物通过热解法合成了一种氮掺杂碳/氧化锆复合材料（N-C/ZrO₂）,用于活化过硫酸盐降解水中苯酚,并采用SEM、XRD、XPS和FTIR技术对N-C/ZrO₂进行表征.结果表明,N-C/ZrO₂催化材料是直径小于50 nm的纳米颗粒,且氮掺杂量为3.6%~4.9%;在pH=6~7的硼酸缓冲体系中,N-C/ZrO₂催化过硫酸盐可在30 min内使水中苯酚（20 mg·L^-1）的降解率达99%,且催化剂具有良好的化学稳定性和可重复利用性.淬灭和电子顺磁共振（EPR）结果表明,在N-C/ZrO₂/PMS体系中,苯酚的降解是以¹O₂为主要氧化物质的非自由基氧化过程.本研究为Zr基纳米材料在活化过硫酸盐降解污染物领域的应用提供了理论基础.     

Pd-MWCNTs-泡沫镍电极对2,4-二氯苯酚的电催化加氢脱氯研究

为发展废水中氯代酚的处理技术和保护水环境安全,采用"浸渍-干燥-电沉积"法制备钯-多壁碳纳米管-泡沫镍电极,研究电极对2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的去除能力和动力学特征,并探讨了2,4-DCP的脱氯机理.结果表明,在MWCNTs和Pd负载量分别为0.7 mg·cm^-2和0.01 mmol·cm^-2时制备的电极对2,4-DCP去除效果最好;掺入多壁碳纳米管（MWCNTs）可增大电极的表面积,提高Pd的分散性,增强电极的催化效率.当Na₂SO₄浓度为0.05 mol·L^-1,工作电压为-1 V,反应液初始pH为7时,50 mg·L^-1的2,4-DCP降解90 min的去除率达到99.74%,降解过程符合一级反应动力学模型,速率常数为0.0667 min^-1.采用高效液相色谱法监测2,4-DCP的降解产物,发现苯酚为2,4-DCP还原的最终产物,降解途径包括直接脱去2个氯原子转化为苯酚和分步脱去2个氯原子再转化为苯酚,但以直接脱去2个氯原子为主要途径.活性基淬灭实验证明,电极通过产生的吸附态氢原子（H_ads）对2,4-DCP进行加氢脱氯.     

硼酸和磷酸对PMS/Co2+均相催化氧化有机物的影响因素与机制

基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化方法被广泛用于有机污染物的降解.本研究以富电子偶氮染料酸性橙7（AO7）为目标有机物,探究了在硼酸（路易斯酸）和磷酸（布朗斯台德酸）两种不同类型的缓冲液中,PMS/Co²⁺均相催化氧化降解有机物的差异、影响因素及作用机制.PMS/Co²⁺均相催化氧化体系在磷酸盐缓冲液中降解有机物的k值高于其在硼酸盐缓冲液中,而在磷酸盐缓冲液中的前10 s降解率却低于其在硼酸盐缓冲液中.该体系氧化降解有机物在硼酸和磷酸缓冲液中的差异随着缓冲液、PMS浓度、Co²⁺浓度和pH的变化而有所不同.PMS/Co²⁺体系在磷酸盐缓冲液中主要通过SO₄^-·或·OH氧化降解有机物,在硼酸盐缓冲液中,PMS/Co²⁺体系主要通过非自由基途径（¹O₂）降解有机物.该研究将为PMS均相催化中不同类型缓冲液的应用提供参考.     

Mo源改性石墨相氮化碳(g-C3N4)活化过一硫酸盐可见光降解罗丹明B的性能研究

分别以钼酸钠（MA）和乙酰丙酮钼（MC）作为钼（Mo）源,采用热聚合法合成不同类型Mo-C₃N₄材料（MACN和MCCN）,并通过XRD、SEM、XPS、UV-Vis DRS等表征技术探究不同Mo源的引入对g-C₃N₄晶体结构和光学性质的影响.结果表明,Mo的引入增大了g-C₃N₄的晶格间距,以MC为Mo源合成的MCCN催化剂具有更大的比表面积、更宽的可见光响应范围和更低的能带宽度.将所合成的催化剂应用于耦合过一硫酸盐（PMS）可见光催化降解罗丹明B （RhB）研究,发现在催化剂浓度为0.5 g·L^-1、PMS浓度为1 mmol·L^-1、罗丹明B浓度为10 mg·L^-1的条件下,MCCN-4/PMS/Vis催化体系在25 min内对RhB的降解率高达94.1%,分别是MCCN-4/Vis和单独PMS催化体系的5.6和19.2倍,并且RhB光催化降解过程符合一级动力学方程.为进一步探索MCCN/PMS/可见光（Vis）催化体系的最佳工艺条件,系统考察了Mo的掺杂量、催化剂投加量、PMS浓度、污染物浓度、pH值等实际因素对RhB降解效果的影响.同时,循环实验表明,MCCN-4复合催化剂具有良好的稳定性和可重复性,3次循环之后仍保持89.1%的RhB降解率.此外,捕获实验和电子自旋共振测试（ESR）结果表明,在MCCN/PMS/Vis催化体系下,光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）作为主要活性物种参与了RhB的降解.     

Ag改性石墨相氮化碳(g-C3N4)可见光辅助活化过一硫酸盐降解罗丹明B

采用煅烧法和光还原法制备出具有高活性的Ag/g-C₃N₄催化剂,并将其应用于可见光下活化过一硫酸盐（PMS）降解罗丹明B（RhB）废水.系统研究了实际因素RhB浓度、催化剂投加量、PMS剂量、pH值和可溶性无机阴离子对RhB降解效果的影响.结果表明,RhB的降解率随着催化剂投加量、PMS浓度的增加而增大,随着初始RhB浓度的增加而减小.弱酸性条件有利于反应活化PMS降解RhB,而中性或碱性条件都会减缓催化反应的进行.Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系30 min内对RhB的去除率最高可达93.2%,分别是Ag/g-C₃N₄/Vis和单独PMS催化体系的4.0和3.7倍.体系催化活性的提高归因于Ag的表面等离子共振效应及基于硫酸根自由基的高级氧化技术与光催化技术的协同作用.不同阴离子对催化反应的影响不同,溶液中的Cl^-会对反应产生轻微的抑制作用,而H₂PO₄^-和HCO₃^-的出现大大抑制了催化性能.催化剂具有良好的稳定性,5次循环后仍能在30 min之内降解77.4%的RhB.此外,捕获实验和ESR测试结果表明,Ag/g-C₃N₄-2/Vis/PMS催化体系中存在·O₂^-、h⁺、¹O₂、SO₄^-·和·OH活性物种,并协同降解RhB污染物.     

污泥生物炭活化过一硫酸盐降解环丙沙星

以脱水干化污泥为原料,经450℃热解制成污泥生物炭（BC）,活化过一硫酸盐（PMS）,构建BC/PMS体系,降解环丙沙星（CIP）.采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、傅里叶变换红外吸收光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、Zeta电位分析仪和电子自旋共振（EPR）分析了BC的理化性质;考察了BC投加量、PMS投加量、初始pH值和无机阴离子对BC/PMS体系降解CIP效果的影响;通过自由基淬灭实验和X射线光电子能谱（XPS）分析,深入探讨了BC/PMS体系对CIP降解机制.结果表明,CIP降解率随BC投加量和PMS投加量增大而升高,随溶液初始pH增大而降低,在BC 1.0 g·L^-1、PMS 3.0 mmol·L^-1、初始pH 6.0、CIP 20 mg·L^-1和反应时间120 min时,CIP降解率为49.09%;SO₄^2-和NO₃^-对BC/PMS体系降解效果无显著影响,HCO₃^-和Cl^-具有明显抑制作用;BC/PMS体系降解CIP是自由基途径（·OH和SO₄^-·）和非自由基途径（¹O₂）共同作用的结果,降解路径主要包括哌嗪环开环和羟基化反应.     

CoFe2O4的制备及其对有机膦酸的去除性能研究

采用水热法制备CoFe₂O₄作为催化剂,降解氨基三亚甲基膦（NTMP）,并通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等表征方法对催化剂的结构、形貌进行表征.同时,系统研究了不同pH、过硫酸盐浓度、NTMP浓度、共存离子等因素对其催化过硫酸盐氧化降解有机磷的 影响.结果表明,本研究成功合成了CoFe₂O₄催化剂.NTMP降解率随着催化剂投加量、过硫酸氢钾（PMS）浓度的增加而增大,随着初始NTMP浓度的增加而减小.弱酸性条件有利于反应活化PMS降解NTMP,而中性或碱性条件都会减缓催化反应的进行.CoFe₂O₄/PMS体系对NTMP的降解率最多达90.3%.不同阴离子对催化反应的影响不同,溶液中NO₃ 、SO₄^2-对反应的抑制作用不明显,Cl^-会对反应产生轻微的抑制作用,而HCO₃^-的出现大大抑制了催化剂的催化性能.催化剂具有良好的稳定性,5次循环后仍能在30 min之内降解86.0%的NTMP.此外,捕获实验和EPR测试结果表明,CoFe₂O₄/PMS 催化体系中活性物种分别为SO₄^·-、·OH和¹O₂ .     

铁改性掺氮碳纤维活化过一硫酸盐降解双酚A

通过静电纺丝制备了Fe和N掺杂改性的碳纳米纤维（Fe-N-CNF）,研究了该催化剂活化过一硫酸盐（PMS）降解双酚A（BPA）的性能.以聚丙烯腈为前驱体通过添加FeCl₃、尿素、NH₄Cl、均苯四甲酸二酐等配制溶胶进行静电纺丝,预氧化并高温碳化后获得Fe-N-CNF,研究了Fe-N-CNF投加量、PMS投加量、溶液初始pH对BPA降解效果的影响.结果表明,当Fe-N-CNF投加量为1 g·L^-1,PMS投加量为2 mmol·L^-1,初始pH为5时,30 min内对初始浓度为20 mg·L^-1 BPA的降解率可达100%.自由基淬灭实验和电子自旋共振波谱（ESR）分析证明,该体系中起主要作用的活性氧物种是O₂^·-和¹O₂.同时研究了Fe-N-CNF/PMS体系对多种有机污染物的降解效果.     

非自由基活化过一硫酸盐氧化降解喹啉的反应机制及毒性评价

采用非自由基活化的过一硫酸盐（PMS）氧化降解水中的喹啉,考察了PMS浓度、初始pH、反应温度及水中共存物质对喹啉降解效率的影响.结果表明,非自由基活化PMS体系可以有效降解喹啉,喹啉的降解过程符合伪一级反应动力学.初始喹啉浓度为10.0 mg·L^-1、PMS浓度为4.0 mmol·L^-1、pH 为7.0、温度为25 ℃的条件下,反应150 min喹啉降解率达到95.8%. HCO₃^-、NO₃^-、SO₄^2-和腐殖酸对喹啉的降解没有影响, 高浓度Cl^-可促进喹啉的降解.淬灭实验证实,反应体系中没有SO₄^-·和·OH的生成,而存在单线态氧（¹O₂）,PMS的直接氧化是喹啉降解的主导作用机制.通过GC-MS检测了喹啉降解的中间产物,并推测了喹啉降解的可能路径.毒性实验表明,反应体系降解喹啉过程中产生了毒性更强的中间产物,而在最佳反应条件下体系可以有效脱毒.     

富氧空位MoO2强化Fe2+/过一硫酸盐体系降解四环素

采用NaBH₄超声还原法合成了富含氧空位的MoO₂,并通过多种表征方法证明了氧空位的存在.10-MoO₂作为助催化剂显著增强了Fe²⁺/过一硫酸盐体系催化性能,构建的10-MoO₂/Fe²⁺/PMS体系可快速降解四环素（TC）,10 min内对TC的降解率接近100%.系统研究了各种影响因素对TC降解效果的影响,探讨了助催化剂的稳定性及该体系的实用性.电化学、铁离子循环及自由基捕获实验的结果表明,由于氧空位（O_vacancy）的存在,降低了MoO₂的电阻,增强了电子转移能力,加速了Fe³⁺/Fe²⁺循环,提高了活性氧物种的产率,从而增强了Fe²⁺/PMS类芬顿体系的催化活性.本研究为类芬顿法处理抗生素废水提供了一种新的视角.     

纳米级Pd/Fe@SiO2复合颗粒对2,4-DCP的还原脱氯研究

为有效抑制纳米级Pd/Fe颗粒的团聚和钝化及改善其表面特性,将纳米SiO_2包覆在Pd/Fe颗粒表面,超声波辐照下液相还原法制备纳米级Pd/Fe@SiO_2复合颗粒,采用TEM、SEM、XRD、EDX及BET表征其物性,以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为目标污染物,探究其对2,4-DCP的还原脱氯影响因素、降解机理和动力学,结果表明:制备的纳米级颗粒粒径均匀、分散性好,比表面积大;体系中纳米级Pd/Fe投加量、钯化率、TEOS投加量、反应温度及溶液初始pH均会对2,4-DCP的降解效果产生明显影响;并推测出纳米级Pd/Fe@SiO_2复合颗粒对2,4-DCP的降解机理即快速吸附—逐步脱氯—最终脱附释放,其降解符合拟一级动力学关系.     

A high activity of Ti/SnO2-Sb electrode in the electrochemical degradation of 2,4-dichlorophenol in aqueous solution

Electrochemical degradation of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) in aqueous solution was investigated over Ti/SnO₂-Sb anode. The factors influencing the degradation rate, such as applied current density (2-40 mA/cm²), pH (3-11) and initial concentration (5-200 mg/L) were evaluated. The degradation of 2,4-DCP followed apparent pseudo first-order kinetics. The degradation ratio on Ti/SnO₂-Sb anode attained > 99.9% after 20 min of electrolysis at initial 5-200 mg/L concentrations at a constant current density of 30 mA/cm² with a 10 mmol/L sodium sulphate (Na2SO4) supporting electrolyte solution. The results showed that 2,4-DCP (100 mg/L) degradation and total organic carbon (TOC) removal ratio achieved 99.9% and 92.8%, respectively, at the optimal conditions after 30 min electrolysis. Under this condition, the degradation rate constant (k) and the degradation half-life (t_1/2) were 0.21 min^-1 and (2.8±0.2) min, respectively. Mainly carboxylic acids (propanoic acid, maleic acid, propanedioic acid, acetic acid and oxalic acid) were detected as intermediates. The energy efficiencies for 2,4-DCP degradation (5-200 mg/L) with Ti/SnO₂-Sb anode ranged from 0.672 to 1.602 g/kWh. The Ti/SnO₂-Sb anode with a high activity to rapid organic oxidation could be employed to degrade chlorophenols, particularly 2,4-DCP in wastewater.     

ZVI/EDDS/Air体系降解水中2,4-二氯酚的研究

建立零价铁(ZVI)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)和曝气三者组成的类Fenton(ZVI/EDDS/Air)处理体系,考察了初始EDDS浓度、铁粉投加量、曝气速率、2,4-二氯酚(2,4-DCP)浓度、初始pH以及反应温度等对水溶液中2,4-DCP降解的影响.结果表明,该体系能有效降解2,4-DCP,并且其降解规律符合准一级动力学方程.在2,4-DCP质量浓度100 mg·L-1、EDDS浓度0.80 mmol.L-1、铁粉投加量20 g·L-1、曝气速率为2 L.(min.L)-1的最佳实验条件下室温反应1 h,2,4-DCP的降解率达到99%.ZVI/EDDS/Air体系对氯酚的降解较ZVI/EDTA/Air体系具有环境友好、反应条件温和,而且对2,4-DCP的降解效果好等优点.     

纳米四氧化三铁对2,4-D的脱氯降解

采用纳米四氧化三铁(Fe3O4)降解水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),考察了2,4-D初始浓度、纳米Fe3O4投加量、溶液pH和温度等因素对2,4-D降解率的影响.结果表明,纳米Fe3O4对2,4-D有显著的降解效果,初始浓度为10 mg/L的2,4-D, 48 h内降解率可达48%.纳米Fe3O4对2,4-D的降解是一个还原脱氯过程,反应体系中氯离子浓度随2,4-D浓度降低而升高.LC/MS分析表明,2,4-D降解的主要产物是苯酚,其他中间产物是2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、4-氯苯酚(4-CP)和2-氯苯酚(2-CP).溶液中2,4-D的降解符合准一级反应动力学,产物4-CP、2,4-DCP和苯酚的反应速率常数K分别为0.0043、0.0026和0.0032 h -1.环境条件对降解效率有显著影响,2,4-D初始浓度在0～10 mg/L、纳米Fe3O4投加量0～300 mg/L的范围内,2,4-D降解率随初始浓度和纳米Fe3O4投加量的增加而增大;pH对2,4-D的脱氯降解有显著影响,在pH为3.0时,纳米Fe3O4对2,4-D的还原脱氯效果最好;温度升高,可以提高脱氯反应速率.     

N原子杂化石墨烯高效活化过一硫酸盐降解RBk5染料废水

过硫酸盐高级氧化技术使用过程中,活化剂的大量流失与其环境二次危害是影响该技术应用的主要限制因素.针对这一问题本研究采用改进的Hummers法结合水热法制备环境友好型的N原子掺杂石墨烯作为催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)降解活性黑5(RBk5)染料.利用傅立叶红外光谱,X-射线光电子能谱,拉曼光谱和透射电子显微镜对N原子掺杂石墨烯进行表征.对催化剂催化性能进行研究,考察了初始p H、催化剂投加量和PMS投加量等因素对降解过程的影响.结果表明,N元素掺杂能够有效提升石墨烯材料的PMS催化活性,且活性受N掺杂比例影响较大;废水的初始p H对降解效率无明显影响.催化剂投加量为1. 5 g·L-1,PMS投加量为0. 3 g·L-1的条件下,反应25min后RBk5染料废水的降解率可达到99%以上,反应过程符合一级反应动力学.自由基猝灭实验显示,N掺杂石墨烯/PMS体系降解RBk5为表面反应,SO4-·和·OH为降解RBk5的主要自由基.循环实验证明催化剂稳定性能良好.     

Enhanced dechlorination of 2,4-dichlorophenol by recoverable Ni/Fe–Fe3O4 nanocomposites

Ni/Fe-Fe_3O_4 nanocomposites were synthesized for dechlorination of 2,4-dichlorophenol(2,4-DCP). The effects of the Ni content in Ni/Fe-Fe_3O_4 nanocomposites, solution pH, and common dissolved ions on the dechlorination efficiency were investigated, in addition to the reusability of the nanocomposites. The results showed that increasing content of Ni in Ni/Fe–Fe_3O_4 nanocomposites, from 1 to 5 wt.%, greatly increased the dechlorination efficiency; the Ni/Fe–Fe_3O_4 nanocomposites had much higher dechlorination efficiency than bare Ni/Fe nanoparticles. Ni content of 5 wt.% and initial p H below 6.0 was found to be the optimal conditions for the catalytic dechlorination of 2,4-DCP. Both 2,4-DCP and the intermediate product 2-chlorophenol(2-CP) were completely removed, and the concentration of the final product phenol was close to the theoretical phenol production from complete dechlorination of 20 mg/L of 2,4-DCP, after 3 hr reaction at initial p H value of 6.0,3 g/L Ni/Fe-Fe_3O_4 , 5 wt.% Ni content in the composite, and temperature of 22℃. 2,4-DCP dechlorination was enhanced by Cl-and inhibited by NO3-and SO_4~(2-). The nanocomposites were easily separated from the solution by an applied magnetic field. When the catalyst was reused, the removal efficiency of 2,4-DCP was almost 100% for the first seven uses, and gradually decreased to 75% in cycles 8–10. Therefore, the Ni/Fe–Fe_3O_4 nanocomposites can be considered as a potentially effective tool for remediation of pollution by 2,4-DCP.     

赤铁矿光助类Fenton降解有毒有机污染物

可见光照射下(λ>420 nm)采用天然赤铁矿为催化剂降解罗丹明B(rhodamine B,RhB)和无色小分子2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,DCP),探讨了溶液pH、催化剂用量、溶液中溶铁量对降解反应的影响,通过紫外-可见分光光度计、红外光谱仪、苯甲酸荧光光度法以及COD等跟踪降解过程,并对反应机制做了初步探讨.结果表明,Cata/RhB/H2O2/vis体系能有效地降解RhB,降解最佳条件为:催化剂用量0.6 g.L-1、pH为3.0、H2O2浓度1.5×10-3mol.L-1,反应180 min可完全脱色,且溶铁对催化体系的贡献较小;对2,4-DCP的降解,24 h后,降解率达56%.且该催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,催化剂活性无明显变化.苯甲酸荧光光度法检测到反应体系中产生了高活性氧化物种.OH,反应机制主要是.OH的异相类Fenton过程.     

碱活化过一硫酸盐降解水中环丙沙星

采用碱活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的去除进行了系统地研究.结果表明,碱活化PMS体系能够高效地去除CIP.通过自由基捕获实验确定了单线态氧(~1O_2)和超氧自由基(O_2~-·)是反应体系中的主要活性物种.NaOH浓度、PMS浓度、反应温度和共存阴离子等对CIP在碱活化PMS体系中的去除均有一定影响.随着NaOH和PMS浓度的增加,CIP的降解均呈现出先增加后降低的趋势.提高反应温度能够加大CIP的反应速率,经过阿伦尼乌斯方程拟合得到的反应活化能为5.09 k J·mol~(-1).不同的阴离子对CIP的去除呈现不同的影响:Cl~-、SO_4~(2-)和NO_3~-对CIP的降解没有呈现明显的作用,H_2PO_4~(2-)能够有效地抑制环丙沙星的去除,而CO_3~(2-)极大地促进了反应进程.通过UPLC-MS/MS可检测到10种降解产物,CIP分子结构中的哌嗪环易于受到活性物种的攻击.