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    科研進展

    蘭州化物所高級氧化法處理水中有機污染物取得新進展

    發表日期:2022-04-22來源:蘭州化學物理研究所放大 縮小

      過硫酸鹽高級氧化技術是深度處理水中微量、持久性有機污染物的方法之一,具有操作簡單、過程快速等特點。該技術采用過硫酸鹽為氧化劑,通過產生SO4·-、·OH、O2·-1O2等活性氧物種實現對污染物的氧化降解。其中,非自由基的1O2具有氧化能力溫和、半衰期長,對富電子有機污染物表現出反應選擇性,以及更強的抵抗無機離子和有機背景干擾的能力。因此,1O2主導的非自由基降解路徑為水中有機污染物的選擇性去除提供了新的可能。同時,精準調控1O2主導的非自由基氧化降解逐漸成為研究熱點。 

      中國科學院蘭州化學物理研究所精細石油化工中間體國家工程研究中心催化新工藝課題組在前期三維結構氧化錳分子篩OMS-2高效活化氧化劑去除水中有機污染物基礎上(Environmental Science: Nano, 2022, 9, 1541; Separation and Purification Technology, 2021, 263, 118397),利用OMS-2催化劑上的雙金屬摻雜策略,精準調控了以1O2和電子介導轉移為主導的過硫酸鹽催化活化機制,實現了對水中富電子有機污染物的選擇性氧化去除(圖1)。 

    1. 雙金屬摻雜的OMS-2催化活化過硫酸鹽降解水中有機污染物 

      研究人員利用由過渡金屬Cu鑭系金屬Nd為摻雜試劑,合成了雙金屬摻雜的Cu-Nd-OMS-2催化劑(圖2),雙金屬均勻分散在材料體相中,不但使催化劑表面和邊緣形成大量氧和金屬缺陷,而且大幅提升了催化劑氧化性能。在催化活化過一硫酸氫鉀降解paraben的機理研究中發現,氧化降解以1O2為主、電子介導轉移為輔的非自由基過程發生,Cu的摻雜改善了OMS-2的質構特征,Nd的摻雜引發了電子介導轉移過程,進而使催化體系在水中具有廣泛的pH適用性,同時在天然有機污染物和背景離子干擾方面也表現出優異的耐受性(圖3)。 

    2. 雙金屬摻雜OMS-2催化材料的合成 

    3. 催化材料的電鏡表征、EPR實驗和降解表現 

      以上工作于近期以“Doping strategy-tuned non-radical pathway on manganese oxide for catalytic degradation of parabens”為題發表在《Chemical Engineering Journal(DOI:10.1016/j.cej.2022.136180》上。王曉培博士研究生為該論文第一作者。 

      該研究工作得到了國家自然科學基金、中科院、中科院青促會、蘭州化物所和精細石油化工中間體國家工程研究中心的支持。

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