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.     

膨胀石墨负载氧化铜活化过硫酸盐用于降解盐酸四环素

通过浸渍加焙烧制备出膨胀石墨（EG）负载CuO复合材料（CuO/EG）,并通过X射线衍射和扫描电镜对催化剂的晶体结构和表面形貌进行表征分析。将复合材料用于活化过硫酸盐（过氧单磺酸钾,PMS）降解盐酸四环素（TC）,在焙烧温度为500℃,负载量为1:4,催化剂投加量为0.2 g/L,PMS投加量为0.2 g/L的条件下,CuO/EG/PMS体系在20 min内即可将TC完全降解。同时,研究发现该复合催化体系在较广pH范围（3~9）内,以及无机阴离子共存的条件下均保持高效的催化性能。催化剂循环使用5次后,仍具有较高的催化活性。捕获实验表明,催化降解体系中起主要作用的是SO₄-·。此外,CuO/EG/PMS体系对于染料罗丹明B和酸性红G同样具有优异的降解效果,表明催化剂具有较好的普遍适用性。     

钴掺杂铁酸铋活化过硫酸盐降解水中四溴双酚A的研究

采用溶胶凝胶法制备了钴掺杂的铁酸铋(xCo-BFO),以此作为多相催化剂,活化过硫酸盐(PMS),产生硫酸根自由基,在水相降解溴代阻燃剂四溴双酚A(TBBPA).研究了钴掺杂量、催化剂用量、PMS初始浓度对降解反应过程的影响.结果表明,在xCo-BFO中Co掺杂量(Co/Fe摩尔比)为0.1,用量为0.5 g.L-1,PMS浓度为2.5 mmol.L-1时,60 min内对40 mg.L-1的TBBPA的去除率可达95%以上.所得催化剂在反应中稳定,反应60 min后Co溶出量仅占总Co的0.27%,经4次重复使用仍具有较高催化活性;具有磁性,回收方便,在污水处理领域具有良好的应用前景.     

生物炭基材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究进展

水体中难降解有机物对人体和生态环境存在潜在威胁,开发高效、环保和低成本的催化体系对修复此类废水具有重要意义.生物炭基材料-过硫酸盐高级氧化体系在污水处理领域有广阔的应用前景,为了进一步明确生物炭基材料活化PMS(过一硫酸盐)降解有机污染物的性能及微观机制,综述了生物炭、(非)金属元素掺杂生物炭和金属氧化物-生物炭复合材料3种典型生物炭基材料活化PMS降解有机污染物的催化活性及界面反应机制.结果表明:生物炭基材料表面催化位点(如含氧官能团、缺陷、持久性自由基、金属原子等)可通过自由基或非自由基方式促进PMS活化,进而促进SO₄-·(硫酸根自由基)、·OH(羟基自由基)和O₂-·(超氧自由基)等活性物种的产生,最终增加相应体系的催化活性;使用(非)金属元素掺杂或者负载金属(氧化物)能够显著改变生物炭电荷分布和活性位点,进而增加生物炭基材料的催化活性.但目前的研究仍存在一些不足,如多种活性位点在生物炭基材料活化PMS过程中的协同作用机制尚不明确,杂原子共掺杂生物炭或生物炭负载单原子催化剂在PMS体系中的催化活性及机制、自由基/非自由基方式的协同作用机制也兹待研究.此外,污染物自身结构特性对生物炭基材料催化活性的影响机制也有待进一步探讨.      

MnFe2O4活化过一硫酸盐降解废水中LAS

采用共沉淀法制备了铁锰双金属复合催化剂（MnFe₂O₄）,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解水中阴离子表面活性剂（LAS）.采用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行表征,表明成功合成了具有尖晶石结构的MnFe₂O₄催化剂.考察了催化剂投加量、PMS投加量以及初始pH值等各种因素条件对LAS的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,MnFe₂O₄活化PMS降解LAS的过程符合准一级动力学（R²>0.9）.在LAS初始浓度为80mg/L,催化剂投加量为2.0g/L,PMS的浓度为2.5mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为30min的情况下,LAS降解效率达到94.1%,此时LAS的降解速率常数达到0.192min^-1.通过自由基猝灭实验证明了MnFe₂O₄/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性自由基为SO₄^-·.通过反应前后催化剂的X射线光电子能谱（XPS）,证实Fe和Mn之间存在协同作用,提高了MnFe₂O₄对PMS的活化效率.     

NC-PC锚定微量Fe活化PMS降解水中2,4-二氯苯氧乙酸

采用分步热分解法制备了NC-PC（三维多孔碳材料）锚定的微量Fe基催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）氧化降解水中2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）.采用透射电子显微镜（TEM）、高精度比表面积仪（BET）、X射线光电子能谱分析（XPS）和电感耦合等离子体发射光谱分析（ICP）对催化剂进行表征.考察了不同金属、制备方法、催化剂投加量、PMS投加量、初始pH值以及水中不同阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）对2,4-D降解的影响.结果表明,通过热分解法合成的Fe-NC-PC对2,4-D具有更好的降解效果,当2,4-D初始浓度为0.1mmol/L,初始pH=3.4,催化剂投加量0.15g/L,PMS浓度0.7mmol/L时,反应20min内2,4-D的去除率可达91%.随着催化剂投加量、PMS投加量的提高,2,4-D的降解效果提高;随着初始pH值的提高,2,4-D的降解效率逐渐降低;水中不同阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）和腐殖酸（HA）对2,4-D的降解有轻微的抑制作用.通过自由基淬灭实验、EPR测试以及XPS分析了反应的主要活性物种和反应机理,发现材料制备过程中形成的Fe-N_x是主要的反应活性位,能够有效的活化PMS降解水中2,4-D,¹O₂在2,4-D的降解过程中起到主要作用.     

掺铜介孔碳活化过硫酸氢盐高效降解双酚A

采用蒸发诱导自组装的方法制备了掺铜有序介孔碳复合催化剂(Cu-OMC),开展了Cu-OMC活化过硫酸氢钾(PMS)氧化降解双酚A研究.研究结果显示,Cu-OMC可高效活化PMS进而有效降解双酚A,在催化剂投加量0.1g/L、PMS浓度0.5mmol/L的反应条件下,60min内对20mg/L的双酚A去除率可达91%.在pH=3~11范围内,双酚A均可有效降解,阴离子(Cl-、SO_4~(2-)、HCO_3~-和PO_4~(3-))的存在对双酚A降解影响较小.利用自由基猝灭实验和电子顺磁共振(EPR)对反应过程中产生的活性氧自由基(ROS)进行了分析,结果表明除了硫酸根自由基(SO4·-)和羟基自由基(·OH),单线态氧(~1O_2)在双酚A的降解过程中起着重要作用.     

单原子Co-C-N催化过一硫酸盐降解金橙Ⅱ

采用模板蚀刻法合成单原子Co-C-N催化剂并催化过一硫酸盐(PMS)降解偶氮染料金橙Ⅱ(AO7).考察了催化剂投加量、PMS浓度、pH值和染料废水中常见的Cl^-对Co-C-N/PMS体系去除AO7的影响,探讨了体系的反应机理,分析了矿化能力和催化剂重复利用性能.结果表明,在Co-C-N/PMS体系中,反应随着催化剂投加量和PMS浓度的升高而加快,pH=3.0~9.0的范围内均能有效去除AO7.中性条件下,当Co-C-N投加量50mg/L、PMS浓度1.0mmol/L、AO7浓度0.05mmol/L时,AO7可在10min内被完全去除.非均相体系活化产生的SO₄·^-是降解AO7的主要活性物种,基于C基诱导PMS产生的¹O₂也通过非自由基体系参与了降解反应,反应主要发生在催化剂表面.Co-C-N/PMS体系对AO7具有优良的去除能力和矿化效果.相较于单独Co-C-N吸附AO7过程,Co-C-N/PMS体系在提高反应速率的同时极大提升了催化剂的重复利用性能.     

铁基纤维素微球的制备及其活化过硫酸盐降解盐酸四环素

铁基催化剂具有优良的活化过硫酸盐的性能，且价廉易得，受到研究者的广泛关注，然而在现阶段研究铁基催化剂多为粉末材料，存在易团聚、回收困难等问题，制约其实际应用。以醋酸纤维素(CA)为载体，采用液滴微流控技术制备了一种具有较高催化活性的微球催化剂(CA-Fe微球)。采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)和比表面积分析仪(BET)对催化剂的形貌、结构和组成进行分析。以CA-Fe微球为催化剂活化过二硫酸盐(PS)降解盐酸四环素(TCH)废水，考察初始TCH浓度、CA-Fe微球投加量和PS投加量等操作条件对TCH去除效果的影响。结果表明：CA-Fe微球对PS具有良好的活化性能，CA-Fe/PS体系能够有效去除TCH。在TCH初始浓度为20 mg/L、PS浓度为2 mmol/L、CA-Fe微球投加量为4 g/L条件下，TCH去除率在85%左右。自由基捕获(EPR)和自由基猝灭实验结果揭示，CA-Fe微球/PS体系中存在的活性自由基为·OH和SO^-₄·,且SO^-₄·在TCH降解中...     

Bi2WO6@MXenes-NS活化过单硫酸盐降解双酚A

为解决水环境中内分泌干扰物的去除难题,采用水热法合成Bi₂WO₆@MXenes-NS(BM-NS)复合催化剂,通过活化过单硫酸盐(PMS)降解双酚A (BPA)。利用SEM、TEM及XRD对所制备催化剂的形貌和晶体结构进行表征,考察了不同催化剂体系、PMS浓度,溶液pH和共存离子等因素对BPA降解性能的影响。结果表明：当MXenes-NS添加量(质量分数)为0.5%,催化剂浓度为1 g/L,PMS浓度为0.3 g/L,溶液pH为3.03时,BM-NS/PMS体系具有较强的BPA降解性能,120 min内去除率达到85.3%。溶液中无机阴离子对BPA去除率的影响顺序为Cl^-2PO^-₄2-₄-₃≈NO^-₃。催化剂经过4次循环实验后,BPA去除率仍保持在70.1%。自由基猝灭实验结果表明,SO     

Fe/Cu双金属活化过一硫酸盐降解四环素的机制

利用共沉淀法成功制备出绿色、高效、具有磁性的介孔Fe/Cu双金属非均相催化剂(Fe-Cu-400),通过X射线衍射仪(XRD)、比表面积测试仪(BET)、场发射扫描电镜(FESEM)及X射线能谱仪(EDS)等表征手段对催化剂的结构、形貌等进行分析,并用制备的Fe-Cu-400催化剂活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素(TC),研究了不同反应条件对降解效果的影响.结果表明Fe-Cu-400/PMS体系具有较好的降解效果,随着PMS浓度和初始p H的提高,TC降解效率明显增加;无机阴离子(H2PO-4、HCO-3、Cl-)均对TC的降解有不同程度的促进作用,而NO-3对TC的降解则表现出较弱的抑制作用.Fe-Cu-400在循环使用5次后仍具有较好活化性能.通过自由基抑制实验和XPS测试分析了Fe-Cu-400/PMS体系的活化机制和分解产生的主要活性物种.通过LC-MS结合TOC分析,推测出TC经水解、脱甲基、脱羟基和脱氨基作用达到降解和矿化.     

菱形片状铁锰催化剂活化过硫酸盐降解四环素

采用草酸蚀刻法制备由普鲁士蓝类似物衍生的菱形片状铁锰双金属催化剂,活化过一硫酸盐（PMS）降解四环素.通过热重分析仪（TGA）、X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对催化剂进行表征,表明合成的催化剂FeMn/OA-350具有菱形片状的特殊结构.铁锰双金属的协同作用与片状结构上的活性位点有效地提高了四环素的降解效率.在初始pH=7、催化剂投加量为0.6g/L、PMS浓度为2mmol/L的最优条件下,仅在30min内可使20mg/L的四环素去除率高达100%,反应过程符合二级动力学（R²>0.9）,催化剂具有较宽的pH值适用范围.自由基猝灭实验表明该体系下存在羟基自由基、硫酸根自由基、单线态氧以及超氧自由基,单线态氧作为主要作用基团.X射线光电子能谱（XPS）反映了铁锰元素存在价态以及双金属间的协同作用,不同铁锰价态变化的循环过程促进催化剂的活化性能,同时根据猝灭实验和XPS、LC-MS初步分析降解机制.     

Fe-N co-doped coral-like hollow carbon shell toward boosting peroxymonosulfate activation for efficient degradation of tetracycline: Singlet oxygen-dominated non-radical pathway

Fe-N co-doped coral-like hollow carbon shell (Fe-N-CS) was synthesized via a simply impregnation-pyrolysis method. The Fe-N-CS showed an excellent ability for activating peroxymonosulfate (PMS), which could degrade about 93.74% tetracycline (20 mg/L) in 12 min. The Fe-N-CS/PMS system exhibited a good anti-interference capacity of various pH, inorganic anions, HA and different water qualities. More importantly, the Fe nanoparticles were anchored uniformly in the carbon layer, effectively limiting the metal leaching. The quenching tests and electron spin resonance (ESR) manifested that non-radical singlet oxygen (¹O₂) was the main reactive oxygen species (ROS) for TC degradation. The mechanism study showed that Fe nanoparticles, defect and graphite N played a key role in activating PMS to produce ROS. Moreover, three probable degradation pathways were proposed by using LC-MS measurements. Generally, this work had a new insight for the synthesis of heterogeneous Fe-N-C catalysts in the advanced oxidation process based on PMS.     

Efficient degradation of tetracycline by singlet oxygen-dominated peroxymonosulfate activation with magnetic nitrogen-doped porous carbon

Nonradical reaction driven by peroxymonosulfate (PMS) based advanced oxidation processes has drawn widespread attention in water treatment due to their inherent advantages, but the degradation behavior and mechanism of organic pollutants are still unclear. In this study, the performance, intermediates, mechanism and toxicity of tetracycline (TC) degradation were thoroughly examined in the constructed magnetic nitrogen-doped porous carbon/peroxymonosulfate (Co-N/C-PMS) system. The results showed that 85.4% of TC could be removed within 15 min when Co-N/C and PMS was simultaneously added and the degradation rate was enhanced by 3.4 and 14.7 folds compared with Co-N/C or PMS alone, respectively. Moreover, the performance of Co-N/C was superior to that of most previously reported catalysts. Many lines of evidence indicated that Co-N/C-PMS system was a singlet oxygen-dominated nonradical reaction, which was less interfered by pH and water components, and displayed high adaptability to actual water bodies. Subsequently, the degradation process was elaborated on the basis of three-dimensional excitation-emission matrix spectra and liquid chromatography-mass spectrometry. At last, the toxicity of treated TC was greatly reduced by using microalgae Coelastrella sp. as ecological indicator. This study provides a promising approach based on singlet oxygen-dominated nonradical reaction for eliminating TC in water treatment.     

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.