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。

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。

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。

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.

氮掺杂碳材料活化过硫酸盐降解4-氯苯酚

为了进一步研究氮掺杂碳材料活化过硫酸盐降解4-氯苯酚的方法,首先以廉价易得的废弃工业糖浆作为碳源,以氨水作为氮源,利用溶胶-凝胶法合成了3种氮掺杂碳材料(NC-700,NC-800和NC-900),并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对氮掺杂碳材料进行表征分析;然后考察了NC-800投加量、过硫酸盐(PDS)投加量和初始pH等因素对4-氯苯酚去除率的影响,并进行了电子自旋共振(ESR)和自由基淬灭实验。结果表明:3种材料均可有效活化PDS降解4-氯苯酚,其中NC-800活化PDS去除4-氯苯酚效率最高;当NC-800投加量为100mg/L、PDS投加量为5mmol/L时,反应30min后,50mg/L的4-氯苯酚的总去除率达99.10%;初始pH对4-氯苯酚去除率无明显影响;NC-800活化过硫酸盐降解4-氯苯酚遵循非自由基途径,单线态氧为降解4-氯苯酚的活性物质。循环使用实验证明NC-800具有一定的稳定性,4次循环使用后,4-氯苯酚去除率仍可达到73.80%。

铜基生物炭活化过硫酸钠处理废水中EDTA-Cu

为实现废水中EDTA-Cu的快速破络和去除,以铜基生物炭(CuO@BC)为催化材料活化过硫酸钠(PS),探究了EDTA-Cu、TOC和铜的去除效率及影响因素,初步揭示了催化机理。结果表明,CuO@BC-PS体系能够在60 min时有效去除97.1%的EDTA-Cu和69.6%的TOC,并且通过沉淀去除62.2%的铜。氧化铜(CuO)是提高复合材料催化作用的关键因素,降解反应体系中自由基作用不大,非自由基途径活化PS是降解EDTA-Cu的主要原因。以上研究结果可为络合态重金属污染废水的高级氧化处理提供参考。

Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3)活化过一硫酸盐耦合化学沉淀去除EDTA-Ni及其机理研究

乙二胺四乙酸-镍(EDTA-Ni)广泛存在于多种工业废水中,浓度低,处理难度大,对水体环境及人体健康具有毒害作用,因此急需寻求一种深度处理方法.本研究采用浸渍煅烧法,以氧化铝(Alumina,Al_(2)O_(3))为基体,负载碳层及四氧化三钴(cobalt oxide,Co3O4),合成一种高效的催化剂Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3),用于活化过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)进行氧化破络(Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3)/PMS),耦合化学沉淀去除水中的EDTA-Ni.本文优化Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3)的制备条件,考察Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3)/PMS-OH体系去除EDTA-Ni的效果.结果表明,在初始pH=3.8,PMS=0.6 g·L^(-1),催化剂投加量=0.8 g·L^(-1)和EDTA-Ni初始浓度为5 mg·L^(-1)的条件下,反应30 min后,99.31%的EDTA-Ni被去除,出水总Ni浓度稳定低于0.1 mg·L^(-1),达到广东省《电镀水污染物排放标准》(DB44/1597-2015)表3规定的排放标准.经过淬灭实验、电子顺磁共振(EPR)和化学探针法分析,发现OH·、SO_(4)^(-)·、1 O2均存在于Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3)/PMS体系中,高价态钴也是重要的反应中间体.通过自由基、高价钴和非自由基途径,EDTA-Ni被氧化破络,而后Ni被碱沉淀去除.综上所述,Co_(3)O_(4)-C@Al_(2)O_(3)具有良好的稳定性和可重复性,具有降解实际废水中络合态重金属污染物的巨大潜力.

磁改性羊粪衍生ZVI-生物炭的制备及其活化过一硫酸盐降解AO7特性研究

以羊粪为原料,制备磁改性羊粪衍生ZVI-生物炭复合材料(SMF_(800)),通过BET、SEM、XRD、N2吸附-脱附等温线等对其表面形貌及晶体结构进行表征,并采用序批实验考查活化剂和过一硫酸盐(PMS)投加量、温度、溶液初始pH、无机阴离子等因素对AO7降解效率影响.结果表明,SMF_(800)拥有高度石墨化及多孔结构,在最佳条件下(PMS=0.8 g·L^(-1)、SMF_(800)=0.5 g·L^(-1)、AO7=20 mg·L^(-1)、T=25℃),40 min内AO7能被完全降解,在弱酸条件下有利于脱色,且活化剂经过3次循环使用后仍具有良好的活化效率.猝灭实验和XPS测试结果表明,自由基(SO_(4)^(-)∙、·OH、O_(2)^(-)·)和非自由基途径((1)^O_(2))协同作用于AO7的降解,其中以Fe^(0)还原PMS产生SO_(4)^(-)∙的自由基途径占主导地位,以Fe^(0)诱导碳电子、生物炭表面含氧官能团(C-OH和COOH)激活PMS产生(1)^O_(2)为辅,而SMF_(800)石墨化及大量的sp^(2)-C结构为电子转移提供良好的场所.综上,本研究设计制备了一种新型的生物炭基ZVI活化剂,以期为有机废水高效、低成本的处理方法提供新的技术支撑,同时也为粪源资源化利用提供新的途径.