铁基生物炭活化过硫酸盐非自由基途径主导高效降解诺氟沙星

近年来,环境中新污染物的去除备受关注。其中抗生素诺氟沙星作为一种典型的新污染物,能够大量富集于土壤中,威胁到人类健康。已有研究表明,众多去除手段中,铁基生物炭活化强氧化剂的方式是一种高效、廉价的原位去除手段。铁的含量、价态和负载情况是影响催化活性的关键因素。然而,如何将去除能力最大化还尚未探明。因此,针对土壤中的典型抗生素诺氟沙星,系统研究了铁基生物炭热解温度和生物质粒径对诺氟沙星的高效去除能力的影响。采用批实验获得了不同铁基生物炭对诺氟沙星的降解效率和能力;通过自由基淬灭实验结合多种表征探讨了诺氟沙星降解的关键机制。结果表明,热解温度900°C、生物质粒径为75~150μm时制备出的铁基生物炭能够在10min内完全降解诺氟沙星,并且3次使用后仍能保持50%的降解能力。通过作用机制分析,说明诺氟沙星的降解机制是由单线态氧主导的非自由基途径,硫酸根自由基和羟基自由基起辅助作用。研究构建的催化氧化体系对诺氟沙星降解效率高,对环境pH适用性强,二次污染风险低,有望用于土壤中诺氟沙星类污染的修复。

PBC@δ-MnO_(2)活化过硫酸盐降解孔雀石绿:非自由基机制

采用水热法制备了磷酸化黍糠基生物炭负载δ-MnO_(2)(PBC@δ-MnO_(2))纳米复合催化剂,利用SEM对催化剂进行表征,研究了其活化过二硫酸盐(PDS)降解孔雀石绿(MG)的效果及其去除机理。考察了初始pH、PDS浓度、PBC@δ-MnO_(2)投加量等反应条件对MG去除的影响。分析PBC@δ-MnO_(2)/PDS体系中的主要活性物质,推测该反应体系中可能的反应机制。结果表明,在PBC@δ-MnO_(2)/PDS体系中,随着初始pH、PDS浓度、PBC@δ-MnO_(2)投加量的升高,MG去除率也逐渐增大,当PBC@δ-MnO_(2)投加量为0.2 g/L,PDS浓度为0.5 mmol/L,初始pH为5时,MG的去除率可达到92.61%。自由基猝灭试验和EPR分析表明,单线态氧(^(1)O_(2))是PBC@δ-MnO_(2)/PDS体系中的主要活性物种,对MG的去除起主导作用。

锰(Mn)钴(Co)双金属负载石墨相氮化碳活化过硫酸盐用于非自由基主导的高级氧化(AOP)降解污染物研究

采用两步煅烧法成功制备了钴锰双金属氧化物负载的石墨相氮化碳(CMCN)。锰氧化物主要以Mn3O4和MnCO3形式存在,钴氧化物以CoO形式存在。由于g-C_(3)N_(4)的存在,金属Mn和Co都分布均匀没有出现团聚现象。XPS表征结果表明,Co和Mn都具有2个价态存在于CMCN中,并且保持了g-C_(3)N_(4)的结构单元。通过对罗丹明B降解评估催化剂CMCN的催化降解性能。结果表明,在Mn和Co的协同作用下,罗丹明B降解率在1 min可达到99%以上。电子顺磁共振和淬灭试验表明,非自由基氧化(1O2)在罗丹明B降解过程中占主导地位。

非自由基主导的FeMn纳米颗粒活化过一硫酸盐降解有机污染物

采用水热-煅烧两步法成功合成了具有高催化活性和稳定性的介孔铁锰纳米颗粒(FMNPs).通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面及孔径分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射仪(XRD)等表征分析了FMNPs的形貌和结构等理化性质.合成的催化剂具有丰富的介孔和较大的比表面积,有利于污染物的催化降解.为了评估催化剂的可重复使用性、稳定性和适应性,研究不同反应条件下活性黑5(RBK5)的降解效率.在初始pH值为7、过一硫酸盐(PMS)浓度为2mmol/L、催化剂用量为0.2g/L的最佳条件下,10mg/L RBK5在60min内的去除率可达96.74%.从反应机理来看,电子顺磁共振(EPR)、淬灭实验和计时电流(i-t)曲线显示非自由基途径(1 O_(2)、介导的电子转移)在降解体系中占据主导地位.X射线光电子能谱(XPS)分析表明,Fe和Mn的协同作用促进了Fe3+/Fe2+与Mn2+/Mn3+的氧化还原循环,加速了电子向PMS的转移,从而提高了FMNPs活化PMS的效率.

基于过硫酸盐活化的高级氧化技术处理水中磺胺类药物研究进展

磺胺类药物(SAs)是水中最常被检出的抗生素之一,传统的生物处理无法对其有效降解,研发高效降解SAs的技术具有现实意义。近年来,通过活化过硫酸盐(persulfate,PS)产生硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)的高级氧化技术受到了广泛关注。聚焦于PS的各种活化方法,包括热活化、紫外活化、金属离子及金属氧化物活化、碳材料活化、金属-有机骨架材料活化等,分析了不同活化方法可能的活化机理和优缺点,综述了基于过硫酸盐活化的高级氧化技术(PS-AOPs)在SAs降解中的应用,阐述了PS-AOPs降解SAs的机制。结果表明:活化PS的机制是通过活化方法使其分子结构中的O—O键断裂,从而使PS分解形成SO_(4)^(-)·或其他活性物质,活化方法决定了PS-AOPs降解SAs的效率。SAs的降解途径分为自由基途径与非自由基途径,其中自由基途径主要包括苯胺部分氧化、磺酰胺基团及相邻位点(C—NH—SO_(2)—C)的裂解等,非自由基途径包括电子传递、表面活化、单线态氧(^(1)O_(2))作用等。最后,提出未来研究重点应在开发稳定高效活化PS的催化剂以及使用多种处理技术协同作用基础上,加强对SAs降解机制以及含SAs实际废水的研究。

钴掺杂氮化碳活化过单硫酸盐高效降解水中磺胺二甲基嘧啶的研究

在花状球体氮化碳(FSCN)上掺杂钴金属制备出高效稳定的Co-FSCN催化剂。利用XRD､BET､SEM､XPS对催化剂进行表征,并探究不同条件对磺胺二甲基嘧啶(sulfamethazine,SMZ)降解效果的影响。结果表明,用Co-FSCN(0.1 g/L)活化过单硫酸盐(PMS)(0.163 mmol/L),在初始溶液pH 7的情况下2 min内对SMZ(20 mg/L)的降解率超过98%。自由基淬灭实验证明,Co-FSCN/PMS体系中自由基途径与非自由基途径共存,羟基自由基(·OH)､超氧自由基(·O^(2-))与单线态氧(1O2)均是参与SMZ降解的主要活性物种。Co-FSCN循环使用3次后仍表现出良好的稳定性。

生物炭基催化剂活化过硫酸盐处理不同污染物的研究现状

生物炭活化过硫酸盐体系在实际应用中存在活化效率低、分离困难等问题。综述了生物炭基催化剂的制备材料、制备方法,探讨了不同种类的生物炭基催化剂活化过硫酸盐的机理,总结了该体系在不同有机污染物降解方面的应用成效,结合当前研究状况,展望了生物炭基催化剂未来的研究方向及重点。

非自由基活化过一硫酸盐氧化降解喹啉的反应机制及毒性评价

采用非自由基活化的过一硫酸盐(PMS)氧化降解水中的喹啉,考察了PMS浓度、初始pH、反应温度及水中共存物质对喹啉降解效率的影响.结果表明,非自由基活化PMS体系可以有效降解喹啉,喹啉的降解过程符合伪一级反应动力学.初始喹啉浓度为10.0 mg·L^(-1)、PMS浓度为4.0 mmol·L^(-1)、pH为7.0、温度为25℃的条件下,反应150 min喹啉降解率达到95.8%.HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和腐殖酸对喹啉的降解没有影响,高浓度Cl-可促进喹啉的降解.淬灭实验证实,反应体系中没有SO_(4)^(-)·和·OH的生成,而存在单线态氧(^(1)O_(2)),PMS的直接氧化是喹啉降解的主导作用机制.通过GC-MS检测了喹啉降解的中间产物,并推测了喹啉降解的可能路径.毒性实验表明,反应体系降解喹啉过程中产生了毒性更强的中间产物,而在最佳反应条件下体系可以有效脱毒.

非自由基介导的氧化铜活化单过硫酸盐降解四环素

采用纳米CuO活化过一硫酸盐(PMS)体系降解水溶液中的四环素(TTC)。实验表明,CuO/PMS体系对TTC的降解效果明显优于单独的PMS体系;CuO/PMS体系能够有效缓解水体中共存离子对TTC降解的抑制作用;中性pH条件下可取得最佳的降解效果。CuO与PMS是通过静电作用(外球相互作用)结合,然后进行电子传递,从而快速去除TTC。

过硫酸盐高级氧化技术通过非自由基途径降解有机污染物的研究进展

水体中大量存在的有机污染物已经对生态系统造成不可避免的伤害。非自由基途径在过硫酸盐高级氧化技术中表现出选择性高、pH稳定性好、抗干扰能力强等优点,成为近十年来的一个热门话题。但因非自由基途径多样,机制复杂,尚需深入了解。本文主要介绍了近年来单线态氧、表面结合氧化物、表面结合自由基、电子转移和高价金属等五种非自由基途径在过硫酸盐体系降解有机污染物的研究进展、研究成果和识别方法。最后对非自由基途径的发展进行了展望。

过硫酸盐高级氧化技术活化方式及机理的研究进展

基于硫酸根自由基的高级氧化技术因快速高效、活化方式多样、稳定性强等特点在有机废水处理领域呈现极好的发展态势。本文对基于过硫酸盐高级氧化技术的不同活化方式及其作用机理和存在问题进行了简要概述,并对未来研究方向进行了展望。

NiO/Fe_(3)O_(4)@g-C_(3)N_(4)活化过硫酸盐去除苯并(a)芘的非自由基途径研究

合成了一种新型的氮化碳负载Fe_(3)O_(4)、NiO磁性材料NiO/Fe_(3)O_(4)@g-C_(3)N_(4),催化活化过二硫酸钠(PDS)产生非自由基氧化苯并(a)芘(BaP)。在材料质量浓度为0.5 g/L、PDS浓度为2 mmol/L、常温下反应60 min,对5 mg/L BaP的去除率达87.07%。此外,通过对非自由基途径进行深入研究发现,反应过程中存在单线态氧(^(1)O_(2))且直接参与污染物的氧化。该磁性材料可通过强磁铁回收重复利用,在连续5次反应后去除效率仍有67.78%。

基于单原子铁催化剂的过一硫酸盐高级氧化过程: 配位结构和活性组分

随着全球工业化的迅速发展,大量有毒污染物不断排入水体中,对水生态系统和人类健康构成了严重威胁.为应对这一挑战,人们发展高级氧化技术,其通过产生活性自由基,能够氧化并矿化有毒污染物.其中,利用非均相催化剂活化的过一硫酸盐高级氧化过程可产生多种非自由基活性物种,如单线态氧、催化剂-过硫酸盐复合体和高价态金属,这些物种具有选择性氧化特定污染物的能力.为了实现对污染物的精准处理,需要合理设计与调控非均相催化剂的结构,以选择性地产生自由基/非自由基物种.单原子催化剂具有较高的原子利用效率和明确可调控的活性位点结构,可高效且选择性活化过一硫酸盐,并产生多种活性组分.然而,由于活性组分多元的生成路径及其之间复杂的相互作用,目前对于单原子催化剂在过一硫酸盐活化过程中的结构-活性/选择性关系尚未得到深入揭示.因此,本研究旨在通过深入探究单原子催化剂的结构与性能关系,为优化催化剂设计、提升污染物处理效率提供科学依据.本文围绕最具代表性的单原子铁系催化剂,系统分析并总结了在过一硫酸盐高级氧化过程中的结构-活性/选择性关系.首先,简要介绍了单原子铁催化剂的制备方法和表征手段,以及活性位点结构的生成过程.然后,深入分析了单原子铁催化剂活化过一硫酸盐过程的研究进展和反应特性.从理论与实验角度,详细阐述了过一硫酸盐活化过程中活性物种产生的反应原理.具体来说,探讨了自由基、单线态氧、催化剂-过硫酸盐复合体和高价铁组分在不同单原子铁位点上的生成机理及鉴别方法.进一步地,分析了单原子铁催化剂活性位点的几何结构和电子结构性质对活性物种产生的影响,总结了调控活性位点的有效手段.在此基础上,建立单原子铁催化剂结构与产生活性组分之间的结构-活性/选择性关系,以期为非均相过一硫酸盐活化剂的设计提供理论指导.最后,本文还指出了基于单原子催化剂的过一硫酸盐高级氧化过程所面临的挑战,并展望了未来的发展方向.未来,应进一步发展原位/工况条件下的表征技术,以精准捕捉活化过程中活性位点的结构演变和关键反应中间体的生成,从而更深入地揭示反应机理;此外,设计具有双金属位点的催化剂,可优化多步骤反应中不同反应中间体的吸附与电荷转移过程,实现协同催化效果.本文期望为深入理解过一硫酸盐高级氧化技术的反应机理和开发高效选择性的单原子环境催化剂提供有益借鉴.

顺丁烯二酸活化过硫酸盐降解染料有机物研究

近年来,基于硫酸根自由基(SO4^(·-))的高级氧化技术因其高效稳定的优势在水处理领域引发关注,但常见的过硫酸盐活化方式着眼于能量输入和催化剂引入,存在应用成本高、催化剂难回收等问题,制约了该技术的实际应用。研究表明,以简单有机物做活化剂丰富了过硫酸盐的活化途径。为进一步扩展相关研究思路,构建了顺丁烯二酸活化过硫酸盐体系,探究了该体系在降解染料污染物方面的应用潜能。结果表明,污染物的降解性能与顺丁烯二酸初始浓度、过硫酸盐投加量以及溶液初始pH有关。氧化体系产生了以·OH、^(1)O_(2)和O_(2)^(·-)为主,少量SO4^(·-)为辅的系列活性氧化物种,使得污染物在自由基与非自由基的共同作用下被有效降解。同时,在应用过程中该体系对实际环境因子展现了良好的抗干扰能力。

碳载铁基双金属活化过硫酸盐降解有机污染物

过硫酸盐高级氧化技术因具有氧化性强、稳定性高、药剂易于运输等特点,被广泛应用于有机污染场地的修复中,在环境治理领域具有广阔的应用前景。通常过硫酸盐需要激活才能有效地去除有机物,碳载铁基双金属材料因碳材料的多孔结构和高比表面积可以提高金属的分散性,而且还可以吸附目标污染物,是一种能够高效活化过硫酸盐降解有机污染物的激活剂。该研究在关注碳载铁基双金属的制备方法的基础上,分析了碳载双金属活化过硫酸盐氧化体系的主要机制,探讨了影响碳载铁基双金属活化过硫酸盐体系降解效率的主要影响因素及碳载铁基双金属材料的稳定性,并进一步展望了碳载铁基双金属活化过硫酸盐体系降解有机污染物的研究方向和发展趋势。

黄铜矿活化过硫酸盐处理丁基黄药废水的研究

以天然黄铜矿(CuFeS_(2))作为催化剂活化过硫酸盐(PS)处理丁基黄药废水,考察了CuFeS_(2)用量、PS用量和溶液初始pH值对CuFeS_(2)/PS体系中丁基黄药去除率的影响,并对CuFeS_(2)可重复利用性进行了评价。结果表明,CuFeS_(2)对PS有显著的活化作用,在CuFeS_(2)用量4 g/L、PS用量5 mmol/L、溶液初始pH=3条件下反应10 min,丁基黄药去除率达99.23%,TOC去除率仅31.29%;继续增加反应时间至60 min, TOC去除率达到68.31%,且CuFeS_(2)重复利用5次后仍有较好的催化活性。丁基黄药废水降解过程的紫外-可见吸收光谱研究结果表明,丁基黄药首先被氧化为醇类有机物,后被分解矿化为二氧化碳和水。XRD和FTIR分析结果表明,CuFeS_(2)与PS反应后表面没有发生钝化,可重复利用。自由基猝灭试验和电子自旋共振分析(ESR)结果表明,黄药的去除机理包括自由基的化学降解作用和CuFeS_(2)的物理吸附作用,其中,硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)和羟基自由基(HO·)是促使黄药降解的主要活性物质,且SO_(4)^(-)·起主导作用。

多相催化剂以非自由基路线活化过二硫酸盐的研究进展

多相催化剂以非自由基路线活化过二硫酸盐降解水中有机污染物,已成为近年来的研究热点。归纳非自由基路线活化过二硫酸盐的方式,重点介绍金属基催化剂和碳基催化剂活化过二硫酸盐的研究现状,评述其优缺点,为开发高效多相催化剂提供参考。

非自由基路线活化过硫酸盐的研究现状

在过一硫酸盐(简称PMS)和过二硫酸盐(简称PDS)的高级氧化技术中,非自由基路线具有高选择性氧化、有毒副产物少(如氯离子存在时)以及对催化剂结构破坏小等优点。过硫酸盐本身很难直接降解有机污染物,因而活化过硫酸盐是一个必不可少的步骤。简述了金属基和碳基材料活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究现状,重点阐述了非自由基路线。针对各自的优缺点,展望了未来发展方向。

基于文献计量统计学的过硫酸盐活化技术研究

利用Web of Science数据库中过硫酸盐活化的已有文献,利用VOSviewer软件进行综合文献计量分析。分析了2013~2022年的3 166篇研究论文。通过分析发现,过去10年在各国广泛合作之下,关于过硫酸盐活化的文章发表量稳步增长。在3 166篇文献中,中国共发表了2 430篇,大约占据了总文献的2/3。Chemical Engineering Journal是最具生产力的期刊(578篇)。在文献统计基础上分析表明,过硫酸盐活化材料的研究、区分自由基非自由基途径以及寻求经济、环保有效的材料再生方法均是未来的研究热点。

铁基生物炭活化过硫酸盐处理有机废水的研究进展

环境中富集的各种有机污染物对生态系统和人体健康存在较大威胁。近年来,基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术(AOPs)因操作简单、成本较低且氧化还原能力强,在高效降解有机污染物方面展现出巨大潜力。铁基生物炭(Fe-biochar)由于具有吸附和催化的双重优势,在活化PS降解有机污染物领域得到了广泛应用。简述了Febiochar复合材料的制备方法,介绍了Fe-biochar活化PS过程的影响因素,分析了污染物降解过程中存在的反应机制。Fe-biochar不仅可以通过吸附作用去除污染物,还可以通过高效的电子转移来介导Fe-biochar/PS体系中自由基途径和非自由基途径对污染物进行降解。同时,对Fe-biochar的重复利用性和稳定性进行了讨论,提出了几种Fe-biochar高效再生的方法。最后对Fe-biochar用于活化PS降解有机污染物的实际应用进行了展望,以期为难降解有机污染物处理及生物质高值化利用提供参考。