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新研发高活性碳包氧化铜类芬顿催化剂可高效降解水中四环素污染物
发布时间:2021-03-25

近期,中科院合肥研究院固体所环境材料与污染控制研究部孔令涛研究员团队研发出一种高活性碳包氧化铜类芬顿催化剂,通过活化过一硫酸盐(PMS)产生自由基与单线态氧,实现水中四环素污染物的高效降解。相关研究成果以 Copper oxide encapsulated with carbon framework to activate peroxymonosulfate for efficient degradation of tetracycline”为题发表在Applied Surface Science期刊上。

四环素(TC)是一类具有并四苯结构的广谱性抗生素,其生产和使用排名世界第二。四环素在人和动物体内不能被完全吸收,大约75%会以母体或代谢物子体的形式随尿液和粪便排出体外,进而污染环境,最终危及人类健康和生态安全。由于TC的化学结构稳定、生物降解性差,所以常规技术难以去除。

研究人员制备出一种具有不规则多面体结构的碳包氧化铜复合材料(CuO@C-550),并将其作为非均相类芬顿催化剂用于活化PMS降解TC40 min内对TC20 ppm)的去除率达到99.8%,且在宽的pH范围(3-9)内均表现出良好降解效果。多种共存离子(Cl-H2PO4-HCO3-NO3-)的加入对降解体系也几乎没有影响。经过五次循环后,体系对TC的去除率仍大于85%,且催化剂中铜元素流失极小,这表明该材料具有良好的稳定性。

此外,淬灭实验和EPR测试结果表明,CuO@C-550活化PMS产生了·OHSO4·-1O2等活性物质,进而推测出基于Cu+/Cu2+/Cu3+有效循环的反应机理。本研究解决了常规类芬顿催化剂金属易流失的问题,突破了传统芬顿反应受pH及无机离子干扰的限制,为水中难降解有机污染物的深度去除提供了新思路。

以上工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项等项目的支持。 

图1.  CuO@C-550的(a) TEM (b - f) 、Mapping (g - i) 、HR-TEM 图像。.jpg

1.  CuO@C-550(a) TEM (b - f) Mapping (g - i) HR-TEM 图像

图2. (a) TBA和EtOH浓度对TC去除的影响;(b) 不同体系下DMPO自旋捕获 EPR 图谱;(c) L-组氨酸对TC去除的影响;(d) 不同体系下TEMP自旋捕获EPR 图谱。.jpg

2. (a) TBAEtOH浓度对TC去除的影响;(b) 不同体系下DMPO自旋捕获 EPR 图谱;(c) L-组氨酸对TC去除的影响;(d) 不同体系下TEMP自旋捕获EPR 图谱。

图3.jpg

3. CuO@C-550/PMS体系降解TC机理图。



(来源:中科院合肥物质科学研究院)