金属-有机骨架MIL-88A(Fe)及其复合物的合成与高级氧化降解水体有机污染物的研究进展

本文综述了MIL-88A(Fe)及其复合物的合成方法、形貌调控及其作为异相催化剂实现光芬顿、活化PS(persulfate, 过硫酸盐)和催化臭氧氧化等高级氧化过程去除水体有机污染物的研究进展. 系统介绍了利用水/溶剂热法、超声法、微波法、室温搅拌法、机械化学法、重结晶法和光化学还原法制备MIL-88A(Fe)及其复合物的反应条件和产物形貌特征. MIL-88A(Fe)具有环境友好、能被可见光激发及稳定性好等特点,其表面Fe(Ⅲ)不饱和位点丰富且均匀,利于作为催化剂用于高级氧化. MIL-88A(Fe)受光激发产生的光生电子-空穴容易复合,导致其光催化性能较差. 但在类芬顿、激发PS和催化臭氧氧化等体系中,添加的氧化剂作为电子受体快速消耗电子,有效克服了光生电子-空穴复合问题. 此外,将MIL-88A(Fe)与其他功能材料复合可进一步改善其光生电子-空穴分离效率、提高光吸收能力及水稳定性. 总之,MIL-88A(Fe)及其复合物在光芬顿、活化PS和催化臭氧氧化降解有机污染物方面具有较大的实际应用潜力.      

应用铁铜双金属有机骨架活化过硫酸盐催化剂去除水中有机污染物的研究

基于MIL-101(Fe)的合成方法,首次采用合成前金属掺杂法制备了双金属有机骨架MIL-101(Fe,Cu)催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对催化剂进行表征.同时,以罗丹明B(Rh B)为目标降解物,研究此催化剂催化过硫酸盐降解Rh B的性能,并初步尝试将催化剂应用于邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的催化降解.XRD、FTIR、SEM和EDS等分析结果表明,铜离子的掺杂导致MIL-101(Fe)的结构与形貌发生了改变,提高了对污染物的吸附和催化降解作用.相比MIL-101(Fe),在90 min时MIL-101(Fe,Cu)对Rh B的去除率达到95%,在180 min时对DBP的去除率达到68%.此外,分析了催化剂催化性能提高的原因:配位竞争导致铁离子的不饱和趋向;形貌的变化加强了对污染物的吸附作用.     

Co掺杂ZIF-67基介孔碳材料活化PS降解苯酚研究

文章以苯酚为目标污染物,以ZIF-67聚合体作为前驱体,通过还原气体煅烧制备钴掺杂碳材料,并以此为活化剂研究其活化PS降解苯酚的效果。此外,对影响苯酚降解效果的因素(材料的合成煅烧温度、材料中Co的含量、加入PS的量、初始pH值以及自由基的捕获)进行了探讨;同时,考察了掺Co碳材料的重复次数对苯酚的矿化效果的影响。研究结果表明,当掺Co碳材料/PS的质量比为1∶4,溶液pH为7时,在10 min内苯酚的矿化率接近80%;通过自由基捕获实验可以看出硫酸根自由基(SO_4~-·)和羟基自由基(·OH)是苯酚降解的主要活性基团;含Co碳材料重复使用4次时对苯酚的去除效率依然能够达到70%以上。     

向日葵秸秆生物炭强化Fe(Ⅲ)/S2O82-体系降解苯甲酸

二价铁离子活化过硫酸盐(PS)产生自由基可降解有机污染物,但体系中Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环速率较慢,成为制约降解效率的关键因素之一.为提高反应体系效率,制备向日葵秸秆生物炭(SFBC),以苯甲酸(BA)为目标污染物,探究SFBC强化Fe(Ⅲ)/S_2O~(2-)_8体系降解BA的效果.SFBC表征结果说明其具有孔隙结构,由无定形炭组成,表面有丰富的官能团及持久性自由基(PFRs).考察了反应条件(pH、PS浓度和SFBC投加量)对降解的影响,结果表明,SFBC/Fe(Ⅲ)/S_2O~(2-)_8体系对BA降解效率明显高于Fe(Ⅲ)/S_2O~(2-)_8及SFBC体系,在SFBC=2.0 g·L~(-1)、BA=10.0mg·L~(-1)、PS=2.0mmol·L~(-1)、Fe(Ⅲ)=1.0mmol·L~(-1)和pH=3.0条件下, 90 min时BA降解率达100.00%;自由基猝灭实验及电子顺磁共振光谱(EPR)实验表明,SO~-_4·和·OH共同参与BA降解并以SO~-_4·为主导;循环实验及实际水体影响说明SFBC具有较好地循环稳定性及实际应用性.机制分析阐明PFRs和—OH给出电子还原Fe(Ⅲ)生成Fe(Ⅱ),进而由Fe(Ⅱ)活化PS高效降解BA.     

FeS-Fe0纳米复合材料活化过硫酸盐降解双酚S的研究

双酚S(BPS)是一种新兴的内分泌干扰物,在环境中广泛存在,并对自然环境和人体健康有严重危害。制备了FeS-Fe⁰纳米复合材料作为催化剂,明确了FeS-Fe⁰纳米复合材料活化PS体系(FeS-Fe⁰/PS体系)的反应条件对去除BPS的影响,包括材料中FeS与Fe⁰摩尔比、材料投加量、PS浓度、溶液初始pH值等,并应用X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等技术表征该复合材料,通过反应体系对比实验、Fe离子溶出实验、PS的消耗实验、猝灭实验、电子顺磁共振波谱检测,探究了FeS-Fe⁰纳米复合材料的活化机理。实验结果表明:FeS-Fe⁰/PS体系降解BPS的最优条件为溶液初始pH=3、FeS与Fe⁰摩尔比1∶25、材料投加量0.10 g/L、PS浓度1.0 mM;FeS-Fe⁰/PS体系中产生的硫酸根自由基(SO₄^·-)和羟基自由基(HO·)可降解BPS,且HO·占主导作用;FeS-Fe⁰纳米复合材料表面的FeS促进了铁离子的溶出和循环,因此其活化能力优于纳米零价铁。     

Fe/污泥基生物炭持久活化过硫酸盐降解酸性橙G

利用污泥基生物炭（SDBC）固定铁物质制备了一种污泥基非均相催化剂（Fe-SDBC）,用于活化过硫酸盐（PS）以降解酸性橙G（OG）.Fe-SDBC/PS体系显示出对OG优异的降解性能.评价了影响降解的因素（Fe-SDBC金属负载量、Fe-SDBC投加量、初始pH值和PS浓度）.并通过X射线荧光光谱仪（XRF）、傅立叶变换红外分析仪（FT-IR）和拉曼光谱仪（Raman）对Fe-SDBC进行了表征.自由基清除剂实验表明,SO₄^·-和OH·自由基均在降解过程中生成,且活化PS历程主要发生在非均质催化剂表面.分析Fe-SDBC活化PS的潜在机理,表明不同形式的铁物质是PS分解的主要贡献者,Fe²⁺/Fe³⁺的转化循环提高了Fe-SDBC持久活化PS的效果.Fe-SDBC循环实验表明其对活化PS具有较好的可重用性,连续3次24h降解高浓度污染物仍能发挥作用.综上所述,Fe-SDBC作为一种污泥基非均相催化剂可以持久活化PS,从而实现OG的降解.     

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...     

Bi2O3-TiO2复合光催化剂协同处理铬-邻苯二甲酸酯复合污染

以硝酸铋和钛酸丁酯为前驱体,采用水热法制备了Bi_2O_3-TiO_2复合半导体材料,并利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UVVis)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对复合材料的结构进行了表征.同时,考察了Bi_2O_3-TiO_2复合材料对重金属Cr(Ⅵ)和难降解邻苯二甲酸二丁酯(DBP)复合污染的处理性能,并探讨了复合催化剂协同处理复合污染的作用机制.结果表明:该复合催化剂在可见光下能同时降低重金属Cr(Ⅵ)和有机物DBP的浓度,抑制电子和空穴复合,表现出比对单一Cr(Ⅵ)及DBP污染物更高的处理效率.当Bi_2O_3含量为4%时,复合催化剂表现出最佳的光催化活性.     

负载铜丝瓜络生物炭活化过硫酸盐降解四环素

文章通过化学浸制和高温碳化法制备出负载铜的丝瓜络生物炭(Cu-LBC)复合材料，用于活化过硫酸盐(PS)降解四环素(TC)。研究表明在反应温度为25℃，初始pH为7,PS、Cu-LBC投加量分别为0.2 g/L和0.6 g/L时，40 min内对TC去除率可达87.26%±3.36%。该催化体系pH可适性广，共存阴离子对降解性能几乎没有影响；该体系高效的催化降解能力是由于催化剂大大降低了反应的活化能(Ea=4.51 kJ/mol)。催化剂对于实际水体中TC的降解表明Cu-LBC对TC依然具有较强的去除能力。自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)分析表明体系中起主导作用的自由基为SO₄^·-和·OH。红外光谱和X射线衍射表明复合材料中铜主要以Cu+的形式存在，Cu-LBC表面的官能团决定了其高效的催化性能。     

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。     

紫外活化过硫酸盐降解磷酸氯喹

以抗新型冠状肺炎药物——磷酸氯喹（CQP）为研究对象,考察其在紫外活化过硫酸盐体系（UV/PS）中的降解效果.通过竞争动力学实验,确定了CQP与羟基自由基（HO·）和硫酸根自由基（SO₄^-·）的二级反应速率常数,同时考察了PS浓度、pH和常见无机阴离子对UV/PS体系中CQP降解的影响,并通过建立动力学模型预测CQP浓度和主要自由基浓度以探究其影响机制.结果表明,UV/PS体系对CQP的降解效果显著优于单一UV、单一太阳光或单一PS体系,在10 min内可降解91.3%的CQP;在pH为6.9的条件下,CQP与HO·和SO₄^-·的二级反应速率常数分别为8.9×10⁹ L·（mol·s）^-1和1.4×10¹⁰ L·（mol·s）^-1,其中SO₄^-·是主要活性物种;CQP的降解速率随PS浓度增加而增大,HCO₃^-和Cl^-的加入对UV/PS体系中CQP的去除起到抑制作用,碱性较强的条件不利于CQP的转化.经LC-MS分析,发现CQP在UV/PS体系中主要经过N-脱乙基化、C—N键断裂和抽氢等反应被逐步降解为其他有机中间产物.加大PS浓度和pH可提高其矿化率.此研究可为抗新冠肺炎医药废水的处理提供帮助.     

改性生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解活性蓝19的机理及老化研究

采用磷酸改性的黍糠基生物炭作为纳米零价铁(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)载体,成功制备出一种高效非均相活化材料一磷酸改性生物炭负载纳米零价铁(nZVI@PBC),用来活化过硫酸盐(Persulfate,PS)降解印染废水中的典型染料—活性蓝(Reactive Blue 19,RB19)...     

羟胺强化亚铁活化过硫酸盐降解对乙酰氨基酚的研究

采用羟胺(HA)强化Fe~(2+)/过硫酸盐(PS)体系降解对乙酰氨基酚(ACT),考察了Fe~(2+)、PS、HA投加浓度以及反应初始pH值对ACT降解效果的影响.结果表明,在反应时间为30 min,亚铁浓度为0.05 mmol·L~(-1), PS浓度为0.8 mmol·L~(-1)和初始pH为3.0的条件下,0.5 mmol·L~(-1) HA可将ACT的去除率从13%提高到90%.适量增加Fe~(2+)或HA浓度可以提高ACT的降解率,但是过高的Fe~(2+)和HA浓度会抑制ACT的降解.ACT的降解率随着PS浓度升高而提升,当PS浓度达到1.2 mmol·L~(-1)时,30 min内ACT几乎可以完全降解.ACT的降解效果随着pH的升高而降低.EPR实验表明Fe~(2+)/PS/HA体系中主要的自由基是SO■和HO~·.Na_2SO_3、NaNO_2和Na_2S_2O_3等常见的还原剂均能够强化Fe~(2+)/PS体系对ACT的降解效果,但是其对Fe~(2+)/PS体系的强化效果均比HA低.     

超声复合铁碳活化过硫酸盐处理有机废水

通过搭建超声复合铁碳活化过硫酸盐耦合系统（US/PS/Fe-C）,用于处理三苯甲烷衍生物结晶紫（CV）.结果表明US/PS/Fe-C三元体系具有良好的耦合效果.对商品铁碳和自制的不同工艺铁碳活化剂,分别采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对活化剂的结构和表面形貌进行分析.使用商品铁碳作为活化剂研究不同因素对US/PS/Fe-C三元耦合体系降解CV的影响,其最优条件为：PDS浓度2 mmol ·L^-1,铁碳活化剂1 g ·L^-1,pH未调,30 min后对质量浓度为15 mg ·L^-1CV的去除率达90%.探究阴阳离子对于体系的影响,发现Mg²⁺和NO^3-对体系处理几乎没有影响,Mn²⁺、Cl^-和CO₃^2-对于体系的处理有一定的抑制作用,Fe²⁺在低浓度时可以促进反应,在高浓度时会抑制反应.通过加入不同的淬灭剂,得出在该体系中主要含有¹O₂、SO₄^- ·、·O₂^-和·OH这4种活性物质.     

氧化石墨烯对邻苯二甲酸二丁酯藻毒性的影响

以海洋微藻青岛大扁藻(Platymonas helgolanidica var.tingtaoensis)为受试对象,研究了氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)单独及共同对青岛大扁藻的急性毒性效应,考察了藻细胞的生长状况,光合色素产量,细胞通透性,氧化应激指标及扫描电镜,以探讨GO的加入对DBP藻毒性的影响.结果表明,低浓度GO(0.1~10 mg·L~(-1))对青岛大扁藻的藻密度和叶绿素产量无明显影响,但藻细胞通透性随GO浓度升高显著增加(P0.05),10mg·L~(-1)时达到空白组的2.2倍.DBP对青岛大扁藻的EC50,96 h为(11.14±0.80)mg·L~(-1),其毒性远大于GO(EC50,96 h大于100mg·L~(-1)).1 mg·L~(-1)GO的加入使DBP的EC50,96 h降低到(4.93±2.14)mg·L~(-1),低浓度GO对DBP藻毒性表现出一定的增强作用.1 mg·L~(-1)的GO加入时,对低浓度DBP组(0.1~2 mg·L~(-1))的藻密度、叶绿素产量、细胞通透性水平没有显著性影响,但加剧了高浓度DBP组(4 mg·L~(-1))对藻密度、叶绿素产量的抑制,使单个藻细胞内ROS和SOD平均增加了21%和7%.扫描电镜结果发现GO对藻细胞具有覆盖,包裹及聚集作用,这些可能是DBP藻毒性增强的主要原因.该结果为揭示新型污染物碳纳米材料对海洋生物的风险提供了数据支持.     

UV强化草酸络合Fe3+活化过硫酸盐氧化降解苯胺

采用UV-草酸络合Fe~(3+)[UV-Fe(C_2O_4)3-3]活化过硫酸钠(PS)氧化降解苯胺,研究了Fe(C_2O_4)3-3浓度,PS浓度,pH对PS活化效率及苯胺氧化降解效果的影响机制.结果表明,Fe(C_2O_4)3-3浓度和pH决定了UV-Fe(C_2O_4)3-3体系中Fe~(3+)向Fe2+的转化过程,并对活化PS氧化降解苯胺产生显著影响.随着Fe(C_2O_4)3-3浓度增加,PS的分解率不断提高,但当浓度高于0.75 mmol·L~(-1)时,草酸根离子(C2O_2-4)对硫酸根自由基(SO·-4)的竞争以及SO·-4之间的相互淬灭作用降低了苯胺的降解效果,降解速率大小顺序为5 mmol·L~(-1)0.25 mmol·L~(-1)0.5 mmol·L~(-1)1 mmol·L~(-1)0.75 mmol·L~(-1);中性和碱性条件不利于Fe(C_2O_4)3-3发生光化学反应生成Fe2+,但当初始pH为7和9时,由于PS活化分解过程降低反应体系pH,反应300min时PS的活化率可分别达到74%和67%,苯胺去除率分别高达91%和97%,均高于初始pH为酸性条件下的结果;苯胺降解率随初始PS浓度增加而增大,当PS浓度大于10 mmol·L~(-1)时,苯胺降解过程由二级反应变为准一级反应,但此时过量的PS因与SO·-4发生反应而显著降低PS用于氧化降解苯胺的利用率.     

MnFe2O4@HTC活化过硫酸盐体系除藻效能与机制

采用水热法和共沉淀法将MnFe₂O₄负载在水热炭（HTC）表面制备磁性MnFe₂O₄@HTC复合催化剂.采用SEM、XRD、BET、FTIR、XPS对催化剂进行表征,通过考察MnFe₂O₄/HTC负载比、过硫酸钠（PS）投加量、初始pH和不同化学体系对除藻效果的影响,探究无供氧条件下MnFe₂O₄@HTC活化PS体系除藻的效能.基于自由基屏蔽实验和XPS分析对MnFe₂O₄@HTC活化PS体系反应机制进行研究验证.结果表明,当初始藻浓度为1.4×10⁹个·L^-1（OD₆₈₀=0.14）,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PS投加量为0.4 g·L^-1,pH为6时,降解30 min,该体系除藻率可达到99%.在该体系中,MnFe₂O₄@HTC材料可将藻细胞吸附在材料表面,通过Mn、Fe的价态循环和HTC的协同效应反应催化PS产生空穴、¹O₂、·O₂^-、SO₄^-·和·OH多种氧化物质,使藻细胞破裂死亡.     

过二硫酸盐降解碱液吸收的甲硫醇恶臭

甲硫醇(CH3SH)是一种高毒、高腐蚀性的酸性气体,是恶臭的重要组成部分.碱液吸收是最常用的CH3SH处理方法之一,但吸收液需要进一步处理.过二硫酸盐(persulfate,PS)作为氧化剂用于降解碱液吸收的CH3SH尚鲜见报道.为此,建立一连续循环的吸收降解体系,进行CH3SH的碱液吸收及PS降解实验,并探讨了PS在碱性条件下的稳定性,及反应条件对CH3SH吸收和降解动力学的影响.结果表明,PS在碱液中的稳定性较好,能够有效地降解碱液吸收的CH3S-;随着PS浓度的增加,CH3SH的吸收速率呈先增加后减小的趋势,CH3S-的降解速率不断增大;随着pH的增加,CH3SH的吸收和降解效果均明显增加.在pH为12,CH3SH进气浓度80 mg·m-3,进气速率1.5 L·min-1,PS浓度为1.4 g·L-1时,碱液吸收的CH3S-90%被降解.