硫酸根自由基降解二级出水中有机物的研究

高级氧化技术作为二级出水的净化工艺,是满足再生水水质要求的途径之一。基于硫酸根自由基在高级氧化技术中的应用,探讨过硫酸盐(PS)和过一硫酸盐(PMS)经能量激发(加热、紫外照射)和过渡金属催化(Fe~0、Fe~(2+)、Ag~+、Co~(2+))产生SO_4~-·来降解二级出水中难降解有机物的效果。实验结果表明:基于SO-4·的高级氧化技术可有效降解二级出水中溶解性有机碳;其中,以PS为氧化剂、Ag(I)为催化剂的体系对DOC去除率最高(93%);在能量激发体系中,80℃条件下,以PS为氧化剂的体系对DOC去除率次之(88%);但从催化剂的使用浓度及整体的降解效果来看,能量激发体系优于过渡金属催化体系。     

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.      

活化过一硫酸盐技术降解环境有机污染物的研究进展

高级氧化技术是一种以产生羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO₄?·)来降解环境有机污染物的技术. 近年来,通过活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate, PMS)而产生SO₄?·的高级氧化技术受到了广泛关注. 与基于·OH的传统高级氧化技术相比,基于SO₄?·的高级氧化技术具有氧化还原电位高、半衰期长、适用pH范围广和对污染物反应快速等优点. 本文从活化PMS方法的特点和性质出发,对目前活化PMS技术降解环境有机污染物的主要方法和活化机理进行了论述,活化方法包括过渡金属活化(均相和非均相)、碳质材料活化、碱性活化、热活化、辐射活化、电解活化等,活化PMS的机制是通过活化方法使其分子结构中的O—O键发生断裂,从而使PMS分解形成SO₄?·或其他的活性物质. 此外,分析了活化PMS降解环境有机污染物的主要影响因素,其中影响均相系统PMS活化的因素包括过渡金属剂量、pH和水中阴离子等,过量的PMS和过渡金属可能成为SO₄?·的抑制剂,pH不仅对氧化剂分解产生自由基起着关键作用,还影响过渡金属种类的形成及其与氧化剂反应的有效性,而水中阴离子会与有机化合物竞争和SO₄?·发生反应. 最后,提出未来研究重点应在开发稳定高效活化PMS的金属氧化物、碳质材料,以及使用多种处理技术协同作用上,同时应加强对活化PMS技术降解有机污染物体系的降解产物和毒性分析的研究.      

非活化单过硫酸盐降解柳氮磺胺吡啶:动力学及机制

基于硫酸根自由基的活化单过硫酸盐(peroxymonosulfate, PMS)的高级氧化技术已被广泛应用于污染物去除过程,但有关利用PMS直接氧化去除有机污染物的研究尚不充分.本研究系统地考察了柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine, SSZ)在PMS直接氧化过程中的降解动力学及降解途径.结果表明,SSZ的降解符合准一级反应动力学规律,增加PMS浓度或提高离子强度能够加快SSZ的降解速率;碱性条件有利于反应进行; Cl~-的存在显著促进了SSZ的降解;地表水会抑制SSZ的降解.通过质谱分析及活性位点鉴定,推测羟基化和SO_2基团挤脱反应是氧化的主要途径.本研究为基于非活化PMS去除水中磺胺类抗生素的应用可行性提供了依据.     

掺氮生物炭活化过硫酸盐降解双酚A的研究

该文以悬铃木为生物质原料制备生物炭,以尿素为前驱体,采用不同的热解温度(400、500、600、700、800、900℃)制备含有不同活性组分比例的氮掺杂生物炭(NCX)。NCX作为催化剂被首次用来深入研究过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)降解水中双酚A(BPA)的不同活化机制。在PMS+NCX体系中,较低制备温度的NC500便能够表现出对BPA去除的优异催化性能,而在PDS+NCX体系中,随着温度的升高,NCX催化剂的催化性能逐渐提高。化学淬灭试验、电子顺磁共振以及NBT测试证明在PMS+NC500体系中¹O₂和O₂^·-是主要的活性氧物种(ROS),而在PDS+NC900体系中,O₂^·-是主要的活性氧物种。通过一系列的电化学测试,作者发现在两体系中降解BPA的过程中均存在非自由基途径(电子转移)。     

活性炭负载钴铁氧化物活化PMS去除水中有机物

文章以颗粒活性炭(GAC)作为载体,通过浸渍-煅烧的方法将钴铁氧化物负载到GAC上,优化制备得到Co-Fe@GAC催化剂。使用扫描电子显微镜及X射线衍射对Co-Fe@GAC进行微观形貌及结构分析,探究了不同条件下催化剂活化过一硫酸盐(PMS)降解以罗丹明B(RhB)为代表的有机污染物的效果,并考察了共存离子及腐殖酸对其降解效果的影响。实验结果表明,增加Co-Fe@GAC和PMS投加量可以明显提升RhB的去除效率,且该体系在较宽的p H范围内表现出良好的降解效果及抗干扰能力。自由基捕获实验表明,在Co-Fe@GAC/PMS体系中同时存在羟基自由基和硫酸根自由基(SO₄^·-),且SO₄^·-发挥主导作用。此外,Co-Fe@GAC的催化性能较为稳定,能够多次重复使用。     

核壳结构KNbO3@Co(OH)2的制备及其活化过一硫酸盐降解帕珠沙星的研究

制备了以KNbO₃为载体材料的Co（OH）₂复合材料并对其进行了详细的表征,分析了材料的组成成分、组成形态进而确定了其为核壳结构形貌的KNbO₃@Co（OH）₂.利用合成的样品作为催化剂活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate,PMS）来降解帕珠沙星（pazufloxacin,PZF）,结果表明制备的催化剂对PZF的去除效率显著增加.讨论了不同初始PMS剂量对降解效率的影响,发现随着PMS增加可活化生成更多的硫酸根自由基（sulfate radicals,SO₄^·-）和羟基自由基（hydroxyl radicals,HO^·）来降解PZF,但继续增大PMS用量降解效率未见明显提升.酸性和中性pH值条件下利于反应活化PMS降解PZF,而碱性体系减缓反应,甚至强碱体系更易形成Co（OH）₂沉淀不利于反应体系中活性组分CoOH⁺的形成,大大抑制了催化性能.此外,在体系中加入淬灭剂叔丁醇（tert-Butanol,TBA）或者乙醇（ethanol,ETOH）进行自由基的淬灭实验,结果表明SO₄^·-自由基为体系降解PZF过程中主要贡献的自由基,而HO^·自由基的贡献较少.催化剂具有较好的稳定性5次循环之后仍能在10 min之内完全去除PZF.本研究提出了新的思路为制备其他载体的Co（OH）₂核壳结构提供参考依据,同时将该催化剂结合高级氧化技术应用到水体新兴有机污染物净化领域具有很好的应用前景.     

纳米核壳Co@NC催化剂活化过氧乙酸降解磺胺甲噁唑

过氧乙酸[PAA,CH₃C(O)OOH]作为一种新兴的氧化剂,在处理污水中难降解有机污染物中受到了越来越多的关注.通过蚀刻方法制备出纳米核壳Co@NC催化剂,并将其用于活化PAA降解污水中磺胺甲■唑(SMX).结果表明,当控制催化剂投加量为0.02 g·L^-1、PAA浓度为0.12mmol·L^-1和SMX浓度为10μmol·L^-1时,反应5 min时SMX的去除率即可达到98%,且降解SMX的速率常数为0.80 min^-1.SMX降解效率随催化剂添加量和PAA浓度提高而显著增加.结果发现核壳Co@NC/PAA体系在近中性条件下(pH为6.0～8.0)可获得最佳的SMX降解效果,酸性或碱性条件均不利于SMX去除.HCO^-₃和腐殖酸对该催化体系存在显著抑制,而Cl^-抑制作用较弱.此外,通过自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)研究发现,乙酰氧自由基(CH₃CO₂·)和乙酰过...     

多活性位点的磁性氮掺杂石墨烯活化过一硫酸盐研究

通过简单的一锅法制备Fe₂O₃、Fe₃N、单原子Fe（SA-Fe）和N掺杂的磁性石墨烯材料（Fe-MNG）应用于催化活化过一硫酸盐（PMS）.结果表明,Fe-MNG/PMS体系可在宽的pH范围（3-10）氧化降解磺胺异恶唑（SIZ）,降解率均达到99%以上.经过五次循环使用其对SIZ的降解率仍保持在95%以上.Fe-MNG中的SA-Fe、N等活性位点可高效催化活化PMS产生各种活性氧物种（ROS）.淬灭实验和电子顺磁共振波谱分析表明Fe-MNG/PMS体系中产生多种ROS,包括硫酸根自由基（SO₄·^-）、羟基自由基（HO·）和单线态氧（¹O₂）,证明存在自由基和非自由基两种氧化过程.此外,Fe-MNG具有大的比表面积（446.18m²/g）,能将水中有机微污染物吸附富集到材料表面,同时在Fe-MNG表面催化PMS产生大量ROS,实现对有机微污染物的原位、高效氧化去除.Fe-MNG还具有磁性,易于分离和回收,具有潜在的应用前景.     

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。     

废旧锂电池中有价金属的回收技术研究

锂电池以其优异的性能得到了广泛的应用,其废弃量也在逐步增加.如果不对其进行有效的处理回收,不仅给环境保护带来巨大的压力,而且也会造成钴、锂、镍和锰等有价金属的极大浪费.综述了国内外对废旧锂电池回收技术的研究现状,比较了不同回收途径的优缺点,讨论了回收技术的发展方向,着重介绍了共沉淀法在废旧锂电池有价金属回收中的应用.此外,随着锂离子电池生产技术的发展,新的电极材料将会出现并取代过渡金属氧化物,同时也需要相应的电解液与之匹配,这将向废旧锂电池回收技术提出了新的要求.     

退役三元锂电池循环利用系统减碳效率评估及优化分析

随着我国新能源汽车产业的快速发展,大批动力电池进入退役期.针对退役动力电池循环利用现状,识别降本减碳协同效应并开展系统优化分析,成为重要研究课题.本文综合采用生命周期评价和生命周期成本方法,分析了当前我国退役三元锂电池循环利用系统的碳足迹和经济成本.结果表明,1GWh容量的退役三元锂电池循环利用系统碳足迹和生命周期成本分别为-2.33×10⁷kgCO₂eq和-33613.15万元.结合碳足迹和生命周期成本二维指标开展减碳效率评估和情景分析发现,相对于现实系统,汽车生产商主导的优化情景减碳效率较低,提高梯次利用比例的优化情景具有最优减碳效率.通过提高梯次利用比例和采用先进资源化技术均能够显著提升退役三元锂电池循环利用系统的减碳效率.     

硅藻土负载MnFe2O4纳米颗粒活化PMS降解金橙Ⅱ

采用溶胶-凝胶法制备硅藻土/MnFe₂O₄复合型催化剂（DMF）,以金橙Ⅱ为目标污染物,分析DMF活化过一硫酸盐（PMS）的性能和作用机制。结果表明:1） MnFe₂O₄颗粒均匀负载于硅藻土上,使DMF具有更好的分散性和活化性;2） DMF对PMS的活化能力优于单一MnFe₂O₄,DMF （1:1）/PMS体系降解金橙Ⅱ符合准一级动力学模型,且降解速率是MnFe₂O₄/PMS体系的2.16倍,0.5 g/L DMF和0.5 mmol/L PMS在40 min内对50 mg/L金橙Ⅱ降解率达到93.1%;3）反应体系中存在·OH、SO₄-·、1O₂、·O₂- 4种活性物种,其中·OH和SO₄-·起主导作用;4） DMF复合材料具有更好的结构稳定性,金属离子溶出量远低于MnFe₂O₄。研究结果可为新型高效PMS催化剂在处理工业废水的实际应用提供参考。     

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.     

LaCo0.5Cu0.5O3型钙钛矿活化过一硫酸盐降解AO7

采用溶胶-凝胶法制备LaCo_1-xM_xO₃（M=Cu、Fe、Mn）型钙钛矿并用来活化过一硫酸盐（PMS）降解偶氮染料AO7.选取效果最好的LaCo_0.5Cu_0.5O₃型钙钛矿为研究对象,考察了钙钛矿投加量、PMS浓度、pH和染料废水中常见Cl^-对LaCo_0.5Cu_0.5O₃/PMS体系降解AO7的影响,分析了体系的反应过程并考察了矿化能力.结果表明,LaCo_0.5Cu_0.5O₃可以有效活化PMS降解AO7,反应随着材料投加量和PMS浓度的增加而加快.在中性条件下反应速度最快,过酸过碱均会抑制反应的进行.在优化条件为LaCo_0.5Cu_0.5O₃投加量20mg/L、PMS浓度0.50mmol/L、AO7浓度0.05mmol/L时,AO7可在20min内完全降解.该反应主要发生在材料表面并且主要活性物种为·OH,对AO7具有优异的脱色能力和较好的矿化效果.     

光激发下硝酸纤维素膜降解对乙酰氨基酚的光解影响

硝酸纤维素膜(NCM)作为一种新型环保材料,在光激发下可产生强氧化性的羟基自由基,促进污染物降解. 为研究NCM对对乙酰氨基酚(APAP)的光解效果及影响因素,采用模拟太阳光源,考察了3种反应体系、光谱区间、APAP浓度、光照强度、温度、溶液pH以及水体成分等因素对光解效果的影响. 结果表明:APAP在纯水中几乎不发生光解,而在NCM体系中其光解速率常数为2.85×10?3 min?1;模拟太阳光源的UVA、UVB和可见光(Vis)波段均能促进APAP的光解,其中UVA波段对APAP光解的贡献最大. APAP的光解速率与其浓度呈负相关,低浓度APAP的光解效果更好. 在一定范围内,APAP光解速率与光照强度呈正相关,且随反应温度的增加而增大. 弱碱性环境更有利于APAP的光解,当pH=8.0时,APAP降解率为73.72%,降解效果最佳. 水体中NO₃?、Cl?、SO₄2?、CO₃2?、Mg2+、Ca2+和可溶性有机质(DOM)浓度的增加可以促进NCM对APAP的光解. 研究显示,光激发下利用NCM降解APAP反应迅速且效果显著,可为APAP的去除提供一种新方法.      

CoMn@AC活化过一硫酸氢盐降解水中罗丹明B

通过浸渍合成复合催化材料CoMn@AC,用于催化过一硫酸氢盐(PMS)产生自由基对罗丹明B(RhB)进行降解。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔径分析仪(BET)等对其进行表征。考察了催化剂负载量、PMS投加量、pH以及温度等因素对RhB降解的影响。结果表明:当Co负载量为7%且n(Co)∶n(Mn)为5∶1时,合成的复合材料CoMn@AC7-5∶1对100 mL浓度为50 mg/L的RhB降解效果可达到84.2%;在pH为4~10,反应温度为25 ℃,PMS浓度为0.250 mmol/L时,4 h内对RhB的去除率可达84.2%;猝灭研究表明,硫酸根自由基(SO-₄·)在反应过程中起主要作用;此外,CoMn@AC/PMS体系对RhB的降解效率随温度的升高而显著加快,其降解活化能为29.80 kJ/mol。