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)。     

Ti基和Mn基介孔催化剂活化过硫酸钠降解有机污染物的反应机制

为获得高效活化过硫酸盐降解有机污染物的环境友好Ti基介孔催化剂,在无光照条件下对比了介孔氧化钛(AM-TiO₂)和介孔氧化锰(M-MnO₂)两种催化剂活化过硫酸钠(PDS)降解四环素(TC)和罗丹明B(RhB)的过程.同时,通过结构表征、电子自旋共振谱仪(ESR)光谱、密度泛函理论计算和中间产物分析等,首次详细探明了两种介孔催化剂活化PDS降解有机污染物过程机制的差异.结果表明,与传统M-MnO₂催化剂类似,在无光照条件下AM-TiO₂也能有效活化PDS降解TC和RhB.但两种催化剂活化PDS过程中产生的活性物种存在显著差异.AM-TiO₂活化PDS过程中产生的·OH和·SO₄^-等自由基数量要少于M-MnO₂活化PDS的过程,但AM-TiO₂活化过程可以产生丰富的¹O₂参与污染物的降解.因此,AM-TiO₂活化PDS降解污染物...     

光驱动CQDs/PCN催化活化过硫酸盐降解双酚A

以柠檬酸和尿素为原料制备了碳量子点(CQDs),并采用热聚合法将CQDs分散在聚合物氮化碳(PCN)纳米片的表面(CQDs/PCN).通过SEM、TEM、XRD等测试技术对所制备的材料进行表征,证明了CQDs成功负载在PCN上.在模拟太阳光的条件下,考察了CQDs/PCN光催化活化过硫酸盐(PDS)对双酚A(BPA)的光催化性能.结果表明BPA在10min时降解率达到99.99%,且重复使用4次后仍能去除85%以上的BPA,说明该材料具有良好的重复性与稳定性.自由基猝灭实验表明CQDs/PCN-PDS光催化过程主要通过超氧自由基(·O₂^ˉ)、单线态氧(¹O₂)和空穴(h⁺)的作用降解BPA,推测了CQDs/PCN-PDS光催化去除BPA可能的反应机理.此外,通过分析光催化氧化中间产物,提出了BPA可能的降解路径.本研究为BPA的快速、高效降解提供了可能性,也为BPA降解提供了一种新的思路.     

Mo掺杂FeS2非均相Fenton催化剂的制备及催化性能研究

为提高FeS₂活化H₂O₂降解有机物的性能,本研究通过引入多价金属钼(Mo)制备得到Mo掺杂的FeS₂催化剂(FeS2@Mo),并用于催化降解水中双酚A (BPA).通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对样品形貌和结构组成等进行表征.研究了H₂O₂浓度、FeS₂@Mo投加量、初始pH等条件对BPA降解效果的影响.结果表明：(1)Mo掺杂的FeS₂呈现花瓣形球体,尺寸500～1 000 nm.(2)在条件为5 mmol/L H₂O₂、100 mg/L FeS₂@Mo、pH=3.5时降解效果最优,且在该条件下反应10 min时BPA的降解率可达99.1%.(3)淬灭试验和电子顺磁共振(EPR)试验的结果表明,该体系中的活性物种包括羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹...     

FeTiO3@TiO2/C纳米复合材料的合成及其PMS辅助光催化降解性能

以Fe(2-MI)@NH₂-MIL-125(Ti)为前驱物制备了三元FeTiO₃@TiO₂/C异质结构复合材料，发现其具有丰富的N掺杂的石墨烯缺陷，在可见光范围内显示出良好的光吸收能力.FeTiO₃和TiO₂在碳骨架上有效耦合，可显著提高催化活性.实验结果表明，制备的催化剂能有效活化PMS；在自然光/PMS体系中，30 min内降解罗丹明B的效率可达99%，优于已报到的同类催化剂；催化剂在pH为3～9范围内去除有机物的效率均达到90%以上，且矿化效率达到50%以上.EPR和自由基淬灭实验显示，空穴和^·OH对催化过程起到关键作用，空穴/光电子和活性金属中心Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原对自由基和后期有机物降解也起到重要作用.     

CuO/g-C3N4活化过二硫酸盐降解甲基橙

采用水热-煅烧法合成了CuO/g-C₃N₄催化剂,利用X射线衍射仪、扫描电镜、红外吸收光谱和X射线能谱对其基本性能进行表征,进一步研究了不同参数下CuO/g-C₃N₄活化过二硫酸盐(PDS)体系对有机污染物(甲基橙,MO)的去除效果。活化实验结果表明:CuO/g-C₃N₄对活化PDS降解MO具有明显效果。优化实验结果表明:在催化剂的水热时间为8 h,CuO复合比为10%,反应体系中催化剂初始浓度为1.00 g/L,PDS初始浓度为4 mmol/L,pH=3的条件下,30 min内MO的降解率高达99.20%。机理分析表明催化剂表面的硫酸根自由基(SO₄-·)和羟基自由基(·OH)是降解MO的主要活性物质,并且有少量超氧自由基(·O₂-)参与其中。对该催化剂进行5次重复实验后,活化PDS对MO降解率仍保持在90%以上,表明该催化剂有较好的稳定性。     

锰基氧化物活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究进展

近年来,基于硫酸根自由基（SO₄·-）的新型高级氧化技术研发及其在水污染控制和土壤修复方面的应用备受关注.锰基氧化物因其结构性质多变、自然丰度高、环境友好等优势,被广泛应用于活化过氧一硫酸盐（PMS）和过氧二硫酸盐（PDS）处理难降解有机污染物.该文对可活化PMS/PDS的锰基氧化物的类型、结构特征、合成方法及影响反应活性的因素等进行了介绍,重点对不同锰基催化剂活化PMS/PDS的反应机理进行了讨论,并对未来的研究和发展进行了展望,旨在为拓展锰基矿物材料环境应用和阐明过硫酸盐活化机制提供重要参考.结果表明:活化产生的SO₄·-和羟基自由基（·OH）对污染物的降解起关键作用.SO₄·-具有较高的稳定性和氧化性,在降解过程中发挥主导作用.复合型锰基氧化物相较于单一锰基氧化物表现出更优的催化反应活性.PMS和PDS活化的反应机理存在显著差异:前者通过Mn（Ⅳ）与Mn（Ⅲ）之间的氧化还原循环,先生成SO₅·-再产生SO₄·-,而后者是通过氧化还原反应相继生成S₂O₈·-及SO₄·-.此外,MnO₂活化PDS还存在仅生成单态氧的非自由基反应机理.现阶段锰基氧化物活化PDS的相关研究仍比较匮乏,值得未来进一步深入研究.锰基材料活化PDS/PMS产生的活泼中间体Mn（Ⅲ）的鉴定及对污染物降解的贡献仍需更多直接的试验证据.      

纳米零价铁基生物炭活化过硫酸盐降解土霉素

采用纳米零价铁基生物炭(nZVI-BC)耦合过二硫酸钠(PDS)或过硫酸氢钾(PMS)构建吸附-高级氧化复合体系开展水中土霉素(OTC)的高效降解。考察了在不同PDS/PMS浓度、nZVI-BC投量、OTC浓度及初始pH条件下OTC的去除规律,并对体系中活性物种进行探究。结果表明:在0.20 mmol/L PDS/PMS,0.01 g nZVI-BC,50 mg/L OTC,原始pH为5.0±0.1条件下,OTC去除率可达到80%以上;SO₄-·在nZVI-BC/PDS体系中对OTC降解占有绝对主导地位(贡献度为57.00%),nZVI-BC/PMS体系则主要依靠SO₄-·、O₂-·和1O₂。     

Fe/TiO2-x可见光活化过硫酸盐降解双酚A的作用机制

以TiO₂和FeCl₃为原料,通过水热-煅烧的方法成功制备了具有高可见光催化活性的Fe/TiO_2-X催化剂并将其应用于催化活化过硫酸盐降解BPA的研究中.结果表明,研究体系具有优秀的催化氧化能力,BPA(50mg/L)的降解率在40min内达到100%,矿化度达到68.92%,研究同时对复合材料中有无Ti³⁺的自掺杂以及催化剂的投加量、PS浓度对体系降解有机物效能的影响进行了探究.该体系可通过自生光电子还原Fe³⁺实现三价铁和二价铁的高效循环.硫酸根自由基(SO₄^-·)和羟基自由基(·OH)为体系中主要的活性氧化物质,其中·OH贡献率超过66.2%.研究结果同时表明,碱性环境以及体系中的CO₃^2-对体系降解效能具有抑制作用.     

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     

松木基多孔碳表面重构强化过硫酸盐去除双酚A

双酚A(BPA)作为最常用的工业化合物之一,在环境中具有持久性,对人类健康及其他微生物造成威胁,因此,开发双酚A高性能去除剂并了解其作用机制具有重要意义。基于此,采用KOH活化策略制备了松木基多孔碳(PC),利用NaBH₄对PC进行表面重构获得性能增强的松木基多孔碳(PC-1)。随后,采用单因素的实验方法考察了在多孔碳/过硫酸盐系统中松木基多孔碳去除BPA的能力及机制。结果表明,与PC相比,PC-1表面的羟基增加,羰基减少,I_D1/I_G从1.55增至1.60。与PC/PDS系统相比,PC-1/PDS系统在反应温度为25、35及45℃时对BPA的降解效率分别提高了45%、18%和64%。淬火及电化学实验说明PC及PC-1分别通过自由基及非自由基途径去除BPA。因此,碳的内在缺陷是过硫酸盐活化的活性位点,而含氧官能团则是影响活化途径的关键因素。     

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.     

TiO2-NB/pg-C3N4可见光催化降解17α-乙炔雌二醇的机理

通过煅烧自制的TiO₂纳米带（TiO₂-NB）和多孔氮化碳（pg-C₃N₄）制备出新型的TiO₂纳米带/多孔氮化碳（TiO₂-NB/pg-C₃N₄）光催化剂,优化了其制备条件,并用于可见光条件下催化降解雌激素活性最强的17α-乙炔雌二醇（EE2）.通过SEM、TEM、XRD、UV-vis DRS、PL、XPS和BET等手段对催化剂结构和表面物理化学性质进行表征和分析.结果表明,B型TiO₂纳米带均匀负载至多孔氮化碳薄片上,形成TiO₂-NB/pg-C₃N₄复合光催化剂.最优条件下制备的TiO₂-NB/pg-C₃N₄降解EE2的速率常数（0.02537min^-1）分别是TiO₂-NB （0.00197min^-1）和pg-C₃N₄（0.0077min^-1）的12.88倍和3.29倍.自由基捕获实验结果显示超氧自由基（·O₂^-）是TiO₂-NB/pg-C₃N₄可见光催化降解EE2的主要活性物种.HPLC-MS中间体检测结果显示,可能的降解中间体主要有4个,提出可能的降解途径,而且通过MCF-7雌激素活性测试法可知降解过程产物的雌激素活性基本消除.     

硼-氮共掺杂中空碳纳米纤维的制备及其活化过一硫酸盐降解双酚A的性能研究

碳材料由于良好的稳定性、无二次污染、高的比表面积等特性,近年来作为催化剂广泛应用于水处理领域.本文以金属有机骨架（MOFs）材料作为前驱体,通过"静电纺丝+热解"的方法制备了硼-氮共掺杂的中空碳纳米纤维（B-HCNFs）,并利用X射线光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱仪（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附仪等对制备材料的组成和结构进行了详细的分析.将合成的B-HCNFs用于催化剂活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate,PMS）降解双酚A（BPA）,结果表明制备的催化剂具有优异的性能.考察了B掺杂前后以及催化剂投加量、初始pH、温度等因素对BPA去除效率的影响,发现B掺杂可以有效提升催化剂的性能.此外,自由基淬灭实验和电子顺磁共振波谱仪（EPR）研究表明,非自由基（电子转移中间体）在BPA的降解过程中占主导作用,而自由基（SO₄^·-,^·OH）贡献较小.动态循环实验显示该催化剂具有良好的稳定性和应用前景.     

Fe掺杂Mn-Ce多孔催化剂低温脱硝性能及甲苯的影响机制

采用硬模板法制备了Fe掺杂Mn-Ce多孔催化剂,评价了催化剂低温NH₃-SCR性能及甲苯对低温NH₃-SCR性能的影响;并通过XRD、BET、SEM、HRTEM、H₂-TPR、NH₃-TPD、XPS和原位红外等对催化剂理化性质进行了表征.结果表明Fe掺杂Mn-Ce多孔催化剂具有优异的低温NH₃-SCR性能.高浓度甲苯抑制低温NH₃-SCR性能是因为甲苯的不完全氧化消耗催化剂表面的吸附氧.同时甲苯及其不完全氧化产物(主要为苯甲酸盐)不断覆盖催化剂表面的活性位点,与NH₃/NO_x的吸附和活化形成竞争关系,从而阻碍E-R和L-H机理.Fe的掺杂使得催化剂表面晶格氧浓度上升,并提高了晶格氧的迁移能力.当NH₃-SCR反应中存在甲苯时,通过Mn⁴⁺+Ce³⁺?Mn³⁺+Ce⁴⁺、Fe²⁺+Ce...     

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.     

基于柠檬酸铁的Fe/C催化剂制备及其活化过二硫酸盐降解磺胺嘧啶的研究

针对Fe/C催化剂在催化过硫酸盐领域存在制备原料多、成本高、过程复杂等问题,以价廉环保的柠檬酸铁为原料,采用高温碳化法在不同热解温度(700,800,900,1000℃)下制备了4种Fe/C催化剂。通过SEM、EDS、BET、XRD、XPS对其进行表征,并将4种Fe/C催化剂用于吸附和活化过二硫酸盐(PDS)降解磺胺嘧啶(SDZ)。初步筛选后,以800℃下所得催化剂Fe/C-800作为目标催化剂进行深入研究,分析其活化PDS降解SDZ的性能及作用机理。结果表明：0.05 g/L的Fe/C-800在PDS投加量为1 mmol/L、溶液初始pH值为7时,SDZ(10 mg/L)的降解率可达98.8%;Fe/C-800具有较广的pH值适用范围,在低催化剂投加量下可高效降解不同浓度SDZ,且重复利用性能良好;Fe⁰和C可促进Fe³⁺转化为Fe²⁺,反应结束后铁/亚铁离子溶出量低(0.3182 mg/L);反应体系中自由基途径和非自由基途径均存在,其中SO■·、O■·和¹O₂占主导作用,...     

有机污染物的高铁酸盐氧化去除强化技术研究进展

高铁酸盐[Fe（Ⅵ）]是一种环境友好型水处理剂,可以有效氧化具有不饱和官能团的有机污染物,但Fe（Ⅵ）直接氧化法具有诸多缺点亟待改善,如Fe（Ⅵ）在酸性条件下易于自分解、在碱性条件下反应速率低等.开发Fe（Ⅵ）氧化的强化技术可以通过生成高活性的高价铁氧中间体[Fe（Ⅳ）/Fe（Ⅴ）]或活性自由基,提高有机污染物的去除效能.本文系统介绍了多种Fe（Ⅵ）氧化的强化技术去除有机污染物的效能、活性物种和机理. Fe（Ⅵ）可以被酸、还原剂等均相活化剂和二氧化硅、过氧化钙、碳质材料等异相活化剂活化为Fe（Ⅳ）/Fe（Ⅴ）以促进有机污染物的降解,也可以与氧化剂、含硫还原剂、紫外光、光催化体系联用,通过产生活性自由基等活性物种[如羟基自由基（^·OH）、硫酸根自由基(SO₄^·-)、超氧自由基(O₂^·-)等]协同降解有机污染物.由于活性物种发生变化,Fe（Ⅵ）氧化的强化技术可以影响有机污染物降解产物的种类、分布及毒性.目前的研究仍存在一些不足,如多种Fe（Ⅵ）氧化的强化技术机理尚不明确或存在争议,...     

有机污染物的高铁酸盐氧化去除强化技术研究进展

高铁酸盐[Fe（Ⅵ）]是一种环境友好型水处理剂,可以有效氧化具有不饱和官能团的有机污染物,但Fe（Ⅵ）直接氧化法具有诸多缺点亟待改善,如Fe（Ⅵ）在酸性条件下易于自分解、在碱性条件下反应速率低等.开发Fe（Ⅵ）氧化的强化技术可以通过生成高活性的高价铁氧中间体[Fe（Ⅳ）/Fe（Ⅴ）]或活性自由基,提高有机污染物的去除效能.本文系统介绍了多种Fe（Ⅵ）氧化的强化技术去除有机污染物的效能、活性物种和机理. Fe（Ⅵ）可以被酸、还原剂等均相活化剂和二氧化硅、过氧化钙、碳质材料等异相活化剂活化为Fe（Ⅳ）/Fe（Ⅴ）以促进有机污染物的降解,也可以与氧化剂、含硫还原剂、紫外光、光催化体系联用,通过产生活性自由基等活性物种[如羟基自由基（^·OH）、硫酸根自由基(SO₄^·-)、超氧自由基(O₂^·-)等]协同降解有机污染物.由于活性物种发生变化,Fe（Ⅵ）氧化的强化技术可以影响有机污染物降解产物的种类、分布及毒性.目前的研究仍存在一些不足,如多种Fe（Ⅵ）氧化的强化技术机理尚不明确或存在争议,...     

羟胺强化过渡金属活化过硫酸盐降解磺胺甲恶唑

以典型磺胺类抗生素—磺胺甲恶唑(SMZ)为降解对象,选取赤铁矿(α-Fe_2O_3)、氧化钴(Co_2O_3)和氧化铜(CuO)3种过渡金属氧化物(M_xO_y),研究了羟胺(HA)对3种过渡金属氧化物活化过硫酸盐(PDS)降解SMZ的强化效果及机理.结果表明,HA对M_xO_y/PDS体系降解SMZ具有明显的促进作用,初始HA、PDS、M_xO_y和SMZ浓度均对SMZ的降解具有重要影响.电子顺磁共振(EPR)实验结果证实,α-Fe_2O_3/HA/PDS和Co_2O_3/HA/PDS体系中的主要活性自由基是·OH,而CuO/HA/PDS体系中SMZ的降解并不依赖于自由基的生成,表面活化态PDS是降解SMZ的主要活性物种.此外,采用高效液相色谱-离子阱质谱联用仪(HPLC-ESI-MS)检测了SMZ在Co_2O_3/HA/PDS体系中的降解产物.结果表明,SMZ主要通过3条路径进行降解矿化,分别为氨基官能团的硝基化、不饱和碳碳双键的羟基加成及磺胺键的断裂.