活性炭纤维负载硫化纳米零价铁用于活化PMS降解三氯苯酚

针对纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)在反应过程中易团聚、易钝化和难回收等问题,采用比表面积大、化学稳定性好的活性炭纤维(activated carbon fibers,ACFs)作为载体,以连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)作为硫化试剂,制备活性炭纤维负载硫化纳米零价铁复合材料(activated carbon fibers supported sulfidized nanoscale zero-valent iron,ACFs-S-nZVI),并考察了复合材料活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解三氯苯酚(trichlorophenol,TCP)的催化性能、反应机理及重复使用性能。材料表征结果表明,硫化不仅可以缓解nZVI的氧化,还可以加快nZVI的电子传输速率,而引入ACFs载体则极大地提高了硫化纳米零价铁(sulfidized nanoscale zero-valent iron,S-nZVI)的分散性和稳定性。通过条件探究实验发现,当反应条件设置为S/Fe比0.3、温度25 ℃、pH=6、催化剂投加量0.5 g·L⁻¹、PMS投加量0.5 mmol·L⁻¹时,ACFs-S-nZVI/PMS体系表现出最佳的催化性能,在30 min内即可去除99.14% 10 μmol·L⁻¹的TCP,显著优于未改性的样品。此外,该体系具有较宽的pH(2~10)适应范围、优异的抗离子干扰能力以及出色的重复使用性能。电子顺磁共振波谱(EPR)和自由基淬灭实验结果表明,羟基自由基(^•OH)、硫酸根自由基(SO₄^•−)和超氧自由基(O₂^•−)参与了ACFs-S-nZVI/PMS体系的催化反应。综上可知,ACFs-S-nZVI具有催化性能优异、稳定性高、环境适应性强等优点,在催化降解有机污染物方面表现出较好的应用前景。