封装型双金属阴极催化剂强化电芬顿技术高效去除磺胺甲恶唑

传统非均相电芬顿(EF)技术主要面临活性氧物种生成速率慢、催化剂稳定性差等不足。将FeCo-ZIF和三聚氰胺(MA)共混(质量比为1:100)煅烧,成功制备出氮掺杂碳纳米管封装铁钴合金阴极催化剂(NCNT@FeCo),可强化EF高效去除水中磺胺甲恶唑(SMZ,初始质量浓度为20 mg·L^-1),在近中性条件下50 min内即可完全去除,降解速率常数可达0.057 min^-1,是单独煅烧FeCo-ZIF制备的裸露型双金属催化剂FeCo-N的3倍,且前者的金属浸出总量(0.27 mg·L^-1)仅为后者(1.79 mg·L^-1)的15.1%。循环回用5次后,60 min内NCNT@FeCo对SMZ的去除率仍可达到96.0%。扫描电子显微镜表征与电化学阻抗测试结果表明,由MA诱导生成的N-CNT,不仅通过封装结构有效限制了内部铁钴合金受强氧化性环境腐蚀破坏,而且显著加速了内部铁钴合金的电子传递速率,N-CNT@FeCo的独特封装结构使其兼具高催化活性和高稳定性。本研究为高效稳定的阴极催化剂提供了稳定、可控、...     

Cu-Co双金属氢氧化物非均相类芬顿催化剂去除磺胺甲恶唑

作为一种广谱性抗生素,磺胺甲恶唑(SMX)在常规城市污水生物处理过程中去除率较低,仍需要发展高效的去除方法。为此,通过原位溶剂热生长法,在碳毡上合成Cu-Co双金属氢氧化物(CuCo-BH)非均相催化剂,且在此基础上开展了类芬顿催化剂催化降解SMX的研究。对催化剂的SEM、TEM、XPS和XRD表征结果表明,CuCo-BH在碳毡上异向生长并呈棒状结构,宽度为40~115 nm,最大长度可达650 nm。在生长温度为105 ℃、反应时间为5 h的条件下,制备得到性能较好的CuCo-BH催化剂,在pH=7、H₂O₂=50 mmol·L⁻¹、反应时间60 min的条件下,对初始浓度为50 mg·L⁻¹的SMX去除率达到100%;在SMX=3 mg·L⁻¹、H₂O₂=15 mmol·L⁻¹、pH=7、反应时间为30 min的条件下,催化剂重复使用5次,SMX的去除率仍高于94%。·OH和${\rm{O}}_2^{ \cdot - }$的淬灭实验以及电子顺磁共振波谱仪(ESR)的测定分析结果表明,·OH对SMX的降解起到了关键的作用。以上研究结果可为SMX在污水深度处理中的高效去除提供一种新的方法。     

MIL-88B(Fe)非均相芬顿催化降解磺胺甲恶唑

采用溶剂热法合成了铁基金属有机骨架材料MIL-88B(Fe),将其作为类芬顿催化剂用于催化降解水中磺胺甲恶唑(SMX)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂的结构和性能进行表征,并研究了H₂O₂浓度、催化剂投加量、溶液初始pH和污染物初始浓度等对SMX降解效果的影响。结果表明,在H₂O₂摩尔浓度为6.0mmol/L、催化剂投加量为0.2g/L、pH为4、SMX为5mg/L的优化反应条件下,MIL-88B(Fe)对SMX的降解率可达99%。在较宽的pH(4～6)范围内,MIL-88B(Fe)仍保持较好的催化活性,且5次循环使用后对SMX去除率仍可达95%以上。表明合成的MIL-88B(Fe)具有较高的催化活性和重复性能,是一种优良的非均相类芬顿催化剂。     

改性MIL-101(Fe)非均相芬顿反应降解罗丹明B

金属有机骨架材料MIL-101(Fe)具有一定的催化活性,为进一步提升其催化性能,利用金属掺杂和柠檬酸调节对其进行改性,制备得到Cu/Ce-MIL-101(Fe)和Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N两种改性材料。通过X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(SEM)、氮气吸附脱附测试及X射线光电子能谱(XPS)对材料进行表征。结果显示,改性后催化剂具有相似的骨架结构和化学键组成,活性位点的结合能减少0.2～0.3 eV。金属掺杂和柠檬酸调节改性后Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N平均孔径增大至14.932 nm。采用非均相芬顿反应研究降解时间和pH对罗丹明B降解性能的影响,结果表明,在温度为25℃,罗丹明B初始质量浓度为24 mg/L,溶液pH为4且Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N投加量为0.2 g/L,3%(体积分数) H₂O₂投加量为60 mL/L,反应60 min时,罗丹明B降解率高达98%。改性前后催化剂降解过程均更符合准一级动力学模型。其中,Cu/Ce-MIL-101(Fe)-N能够在60...     

MIL-101前体制备多孔铁碳材料构建高效异相电芬顿体系

通过水热法合成MIL-101(Fe)材料,并在N2氛围中进行高温碳化制备多孔铁碳(N-MIL-FeC)电极材料,探究其电催化氧还原性能及阴极电芬顿降解模拟染料废水性能。将制备的N-MIL-FeC材料进行电催化氧还原反应(ORR)性能测试,结果表明,Fe/H2BDC摩尔比为2∶1,碳化温度为900 ℃,N-MIL-FeC材料CV扫描所得图形峰电位最小且峰电流最高,具有最优的ORR催化活性。在此基础上,将最佳条件下制得的N-MIL-FeC负载在碳纸上制成催化阴极应用于电芬顿反应催化降解模拟染料废水RhB。在催化剂负载量为1.5 mg·cm-2,pH为7条件下,浓度10 mg·L-1的RhB溶液经过70 min降解率达到99%以上。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试证明羟基自由基(·OH)是参与催化降解反应的主要活性中间体。以MIL-101(Fe)为前驱体制备的多孔铁碳材料性能较好,有一定的应用前景。     

Ag/g-C3N4可见光催化降解磺胺甲恶唑的性能及机理

采用光还原方法成功地制备出了Ag/g-C3N4复合光催化剂,并考察了Ag/g-C3N4光催化剂在可见光下降解磺胺甲恶唑的效能、机理及各反应体系中间产物的生成情况,系统性地探究Ag/g-C3N4可见光降解磺胺甲恶唑的过程。实验结果表明,在g-C3N4中引入Ag纳米颗粒可以提高磺胺甲恶唑的降解效率。经可见光照射60 min后,Ag/g-C3N4-1、Ag/g-C3N4-3、Ag/g-C3N4-5、Ag/g-C3N4-8、Ag/g-C3N4-10降解磺胺甲恶唑的一级动力学常数比g-C3N4分别提高了1.29、1.76、3.41、4.82和7.12倍。这说明在可见光下,Ag/g-C3N4更适合于磺胺甲恶唑的高效降解。在Ag/g-C3N4可见光下降解磺胺甲恶唑的过程中,光生空穴和O2-·是主要活性物种,TP98、TP269和TP283是降解过程中的主要中间产物。其中,TP98主要由O2-·作用生成,TP269由·OH作用产生,而TP283受光生空穴的影响比较大。     

载钴钛碳纳米纤维活化过一硫酸盐降解磺胺甲恶唑的效能及机理分析

本研究采用静电纺丝和热处理技术制备了一种网状负载钴钛双金属纳米颗粒碳纳米纤维催化剂(Co/TiO₂@CNFs),并通过SEM、TEM、HRTEM、HAADF-STEM、元素映射、XRD、氮气吸脱附、TGA、拉曼光谱、FTIR、XPS、Zeta电位等手段对催化剂进行了表征和分析,通过批式降解实验优化了二氧化钛(TiO₂)最佳负载量,并研究了催化剂投加量、PMS投加量、温度、pH、共存离子(Cl⁻、F⁻、HCO₃⁻和H₂PO₄⁻)等因素对磺胺甲恶唑(SMX)降解性能的影响。结果表明,TiO₂负载可提高催化剂的催化性能,TiO₂与所制备催化剂的最佳质量比为0.1%;在催化剂投加量为0.1 g·L⁻¹,PMS投加量为1 mmol·L⁻¹时,Co/TiO₂@CNFs在50 min内降解SMX≥99%;在pH为5.8~9内反应最佳;根据阿伦尼乌斯方程计算出反应体系的活化能为63.23 kJ·mol⁻¹;催化剂在4种共存离子存在下表现出较好的催化性能;经5次循环后,Co/TiO₂@CNFs催化降解性能仍保持较好。ESR分析和淬灭实验结果表明,4种活性物种(·OH、SO₄^·−、O₂^·−和¹O₂)参与到SMX的降解过程中,其中,¹O₂在Co/TiO₂@CNFs活化PMS过程中起主导作用。     

微量磺胺甲恶唑对饮用水管网生物膜群落及抗性基因的影响与控制

针对饮用水管网系统可能存在的微生物风险问题,采用模拟不同处理条件下的输配水管道系统,通过宏基因组学分析探究微量磺胺甲恶唑以及次氯酸钠消毒对管道中生物膜与抗性基因组成的影响。结果表明,2 μg·L⁻¹磺胺甲恶唑的添加对微生物群落以及抗性基因组成无明显影响,而浮霉菌门细菌表现出很强的抗次氯酸钠消毒能力。在未消毒条件下丰度前十的抗性基因与携带差异性抗性基因的细菌在消毒后丰度均明显有所下降,次氯酸钠消毒使ARGs总量下降了91.9%,因此,次氯酸钠消毒通过控制携带抗性基因物种从而有效控制群落抗性基因的传播。同时,通过组间显著性差异的功能基因与组间显著性差异的抗性基因相关性分析,功能基因的变化情况与抗性基因变化情况一致,因此,长期消毒改变了细菌群落组成及其功能,并最终影响抗性基因传播。这项研究有助于控制长期运行的饮用水管网输配系统中可能存在的包括抗药基因在内的微生物相关风险问题。     

流通式电芬顿系统对地下水中As(Ⅲ)的高效去除

为了高效处理地下水中的As(Ⅲ),设计了一种流通式电芬顿处理系统,考察了电流密度、pH、曝气速率、流速、电解质浓度以及共存离子等关键因素对As(Ⅲ)去除率的影响。此外,对电芬顿体系中As(III)的去除机理进行了分析,并对该系统在连续运行下的处理效果进行了评估。结果表明：在最佳反应条件下(电流密度为7.6 mA·cm⁻²、pH为6、流速为20 mL·min⁻¹、曝气速率为80 mL·min⁻¹、电解质浓度为100 mg·L⁻¹),地下水中As(Ⅲ)的去除率接近100%,该系统可以在近中性的pH范围内发挥作用;在连续运行条件下,该系统能够保持良好的处理稳定性;在电芬顿反应体系中,·OH和HO₂·能够共同促进As(III)的去除。水体中生成的As(Ⅴ)、Ni、Fe等能够在流通式系统中被过滤器有效地拦截,避免了二次污染的发生,污染水体得到净化。以上结果可为流通式电芬顿系统处理含As(Ⅲ)的地下水提供参考。