炭基材料催化过氧化物降解水中有机污染物:表面作用机制

近几年来,利用传统炭材料(如活性炭(AC)、生物炭(BC)、活性炭纤维(ACF)与活性炭布(ACC))以及纳米碳材料(如碳纳米管(CNT)、石墨烯(GE)、有序介孔碳(OMC)),或其表面改性后的炭基材料,代替金属催化剂,来催化活化过氧化物(包括过氧化氢(H_2O_2)、过一硫酸氢盐(HSO_5~-,PMS)、过二硫酸盐(S_2O_8~(2-),PS))产生高活性羟基自由基(·OH)或硫酸根自由基(SO_4~(·-)),从而氧化去除水中难生物降解有机污染物,成为水处理领域研究热点。在炭表面富含很多起催化作用的官能团,如羟基、羧基、酮基、吡啶、吡咯等,同时具有丰富多样的缺陷形状、离域π电子、杂化C轨道等,能共同协作表现出非金属炭基催化剂的优良特性。因此,不同类型材料及其表面官能团、表面结构、电子密度等因素对炭基材料催化过氧化物的机理发挥显著作用。本文深入分析了上述炭基材料在吸附、络合中间体、电子转移过程中催化过氧化物产生强氧化性的自由基,并高效降解水中有机污染物的作用机理,综述了2010年以来该类高级氧化技术在水处理领域的研究进展,特别是通过总结炭基材料的氧化改性作用、氮化改性作用、多原子原位掺杂作用以及还原改性作用,系统阐述了表面物理化学性质对炭基材料催化过氧化物的表面作用机制的影响,并归纳了氧化剂对炭基材料的表面作用机制,对存在的问题提出了新的研究展望。     

分子筛催化剂-亚硫酸盐体系降解水中对乙酰氨基苯酚

过渡金属诱导亚硫酸盐体系产生硫氧自由基是一种新型的高级氧化技术,比常规的高级氧化过程(基于羟基自由基等)有更优越的性能.我们对过渡金属离子活化过硫酸盐和亚硫酸盐的硫氧自由基生成链式反应过程、自由基用于氧化有机污染物的国内外研究现状进行了大致总结,并以SBA-15介孔分子筛为载体,采用浸渍法制备Co-SBA-15固相催化剂,将此固相催化剂用于活化亚硫酸钠,产生强氧化性自由基,以此来降解制药废水中典型污染物对乙酰氨基酚(APAP).通过正交试验,探讨了pH、温度、钴离子与亚硫酸根的比值(简称钴硫比)、气体含氧量等参数对污染物降解效果的影响.对催化剂进行表征,对体系中产生的自由基类型进行检测,结合实验结果和文献资料对降解产物进行了分析,探究了APAP的降解原理.     

Ni-N-C单原子催化剂活化过硫酸盐降解苯酚

采用煅烧法制备了以木质素生物炭为载体的单原子催化剂(Ni-N-C-10), 用于高效活化过硫酸盐(PMS)降解苯酚. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 经球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(AC-HAADF-STEM)、 X射线粉末衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等对材料进行了表征分析, 证明合成了原子分散的催化剂Ni-N-C-10. 探究了制备过程中双氰胺的投加量和降解实验中催化剂投加量、 PMS投加量、 pH值以及温度对苯酚降解的影响. 结果表明, 在催化剂制备过程中, 加入10倍质量比的双氰胺更有利于实现原子分散. Ni-N-C-10/PMS体系在较低的催化剂和PMS投加量、 以及较宽的pH值范围(3~9)内都能有效活化PMS降解苯酚. 此外, 该体系的稳定性好且应用范围广, 除了能高效降解苯酚外还能快速降解双酚A、 四环素和亚甲基蓝. 电子顺磁共振检测和自由基淬灭实验结果表明, Ni-N-C-10/PMS体系降解苯酚为SO₄^?-、 ·OH和¹O₂ 3种主要活性物种共同作用的结果, 其中¹O₂起主导作用. 反应前后Ni-N-C-10催化剂的XPS分析结果表明, 催化降解苯酚的效率与Ni位点呈正相关.     

MOFs基催化剂活化过硫酸盐在废水处理中的研究进展北大核心CSCD

金属有机框架(MOFs)材料作为一种新兴的多功能材料,因其高的比表面积、可调的孔隙结构、优异的热稳定性和化学稳定性等优势,在催化活化高级氧化水处理领域引起越来越多关注。本综述聚焦于近5年MOFs基催化剂活化过硫酸盐在水处理领域的研究进展。汇总了过硫酸盐活化领域中的各类MOFs基催化剂;介绍了过硫酸盐活化中MOFs基催化剂的常用合成方法;归纳了MOFs基催化剂在活化过硫酸盐过程中的氧化机制;总结了MOFs基催化剂的常见改性方法;最后,对MOFs基催化剂活化过硫酸盐未来研究方向提出了几点建议。有助于加深对MOFs基催化剂活化过硫酸盐降解有机污染物的认识,为开发基于过硫酸盐活化的MOFs基新型非均相催化剂提供理论参考。     

基于生物炭的高级氧化技术去除水中化学品类新污染物研究进展

化学品类新污染物种类繁多,对自然生态环境和人类健康存在严重风险,是新污染物治理的主要对象。由于常规水处理工艺对新污染物的去除能力有限,如何发展绿色、经济、高效和安全稳定的净水技术成为新污染物管控的重要课题。生物炭因其丰富的表面结构与性质,具有优异的吸附和催化能力。近年来,众多科研工作者开展了基于生物炭的高级氧化技术(AOPs)去除新污染物的效能和机制研究。本文聚焦主要的化学品类新污染物,分析了生物炭结构与去除新污染物功能间的关系,综述了近年来生物炭在光催化氧化、类芬顿氧化和过硫酸盐催化氧化中的应用,并探讨了水环境条件(如pH值、阴离子和有机物等)对反应体系的影响,最后对未来相关研究中值得关注和深入探索的问题进行了总结与展望。     

光催化耦合技术在废水处理中的最新进展（英文）

随着工业进步和人口增长,大量难降解的有机污染物被排放到水体中,环境污染成为一个日益严峻的全球性问题.大多数有机污染物具有致癌性、诱变性、细菌性和复杂多样性,难以通过传统的化学、生物和光解等处理方法有效去除,亟需探索环保有效的去除污染物技术.光催化技术可以直接利用太阳光进行污染物降解,对环境友好,然而,其实际应用受到太阳能利用率低、催化剂分离困难、催化剂稳定性低以及矿化率低等因素的限制.近年来,将光催化技术与其他技术耦合成为解决上述困难的新趋势.对光催化耦合技术的最新进展和工作机制进行系统地梳理和总结对进一步推动去除污染物技术的发展具有重要意义.本文系统总结了光催化耦合技术在废水处理中的最新研究进展.首先,简要介绍了光催化的机理和研究进展,总结了光催化技术在废水处理过程中存在的问题.然后,简要介绍了光催化耦合技术在解决上述问题过程中的研究进展和发展趋势.其后,通过重点介绍一些典型研究,详细地阐述了光催化技术与传统水处理技术(吸附法、膜分离法、生物降解法)、高级氧化技术(电催化法、臭氧化法、Fenton法、过硫酸盐法)和其他技术(热催化法、等离子体法、超声波法、压电催化法、磁场法)的耦合机...     

低温等离子体催化消除炭烟的研究进展

利用低温等离子体的非热力学平衡特性,在较低温度下将氧气分子转化为活性氧物种,从而将炭烟氧化消除,其炭烟消除速率和CO₂选择性等受等离子体放电结构、能量密度、反应气氛和催化剂的影响。本文对低温等离子体氧化消除炭烟的研究进展进行了总结,探讨反应器结构、能量密度、气相组成及催化剂对低温等离子体催化消除炭烟性能的影响规律,总结低温等离子体与催化剂协同催化机理的研究进展,分析低温等离子体与催化剂协同催化消除炭烟的主要挑战和发展趋势。     

漆酶催化氧化水中有机污染物*

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶, 属于铜蓝氧化酶蛋白, 能催化氧化多种难降解的有机污染物。漆酶催化氧化水中有机污染物具有底物广泛、能耗低、易操作、环境友好等优点,是一项前景广阔的生物处理技术。本文综述了漆酶对水中有机污染物的催化降解,主要从漆酶的化学组成、结构、催化降解机理、漆酶的固定化、影响因素（溶液pH值、温度、金属离子、营养因子、有机溶剂、漆酶的浓度、底物的初始浓度等）、降解的动力学以及漆酶在处理水中有机污染物的应用等五个方面介绍了相关的研究进展。漆酶催化氧化有机物的机理主要表现在底物自由基中间体的产生和氧气还原成水两个方面。本文提出了目前漆酶催化氧化水中有机污染物存在的主要问题,并展望了漆酶降解水体中有机污染物的发展方向。     

基于过硫酸盐活化的微界面电子转移氧化技术

基于过硫酸盐活化的高级氧化技术是当前环境领域的研究热点。然而,环境中广泛存在的基质严重地制约了这一技术的实际应用。最新研究表明,在某些催化剂的作用下,过硫酸盐能够以电子转移的非自由基机制氧化降解污染物,而催化剂主要起电子转移媒介的作用。这一技术不易受水环境中氯离子、碳酸氢根离子等常见阴离子和天然有机物的影响,对目标污染物的氧化去除具有较高的选择性。同时,实验现象初步显示这一技术有望实现污染物的降解而无须使其与氧化剂直接接触,从而能够避免氧化剂和卤素阴离子的作用。本文着重综述了常见电子媒介的类型、电子转移机制的表征方法和常见基质对电子转移过程的影响,提出了这一技术存在的问题并对其应用前景进行了展望。     

钴催化过一硫酸氢盐降解水中有机污染物:机理及应用研究

钴/过一硫酸氢盐(Co/PMS)是为了克服Fenton技术的诸多缺陷而基于类Fenton思路(过氧化物+过渡金属)建立起来的一种高级氧化技术。该体系具有Co用量少(μg/L数量级),产生的SO₄^-·氧化还原电位高,能够在广泛的pH范围(2-9)降解有机污染物,反应后不产生污泥等优点,在环境污染治理领域具有广阔的应用前景。本文从自由基链式反应、溶液pH、阴离子效应、光照条件、反应气氛及固液两相交换六个方面分析了Co/PMS体系降解水中有机污染物的机理,并在此基础上综述了Co/PMS (黑暗条件)、UV/Co/PMS、Vis/Co/PMS三类均相Co/PMS体系以及Co氧化物催化、Co负载催化两类非均相Co/PMS体系降解水中有机污染物的国内外研究进展,并就存在的问题提出了展望。     

Mechanisms of surface diffusion

Mechanisms of surface diffusion of single atoms, molecules and atomic clusters on flat terraces (with and without a driving force) of metal and semiconductor surfaces are discussed, focusing on our recent scanning tunneling microscopy (STM) results. Experimental evidence leading to these conclusions is presented. Besides the commonly known hopping mechanism, there are many other mechanisms. In Arrhenius analysis, a linear behavior can be expected for only some of the simpler mechanisms.     

八甲基环四硅氧烷与氨基有机硅单体的共聚合机理

从聚合的实施方法出发，对D4（八甲基环四硅氧烷的简写，下同）与氨基有机硅单体的共聚模型机理进行了综述。着重点为共聚反应机理。     

双链DNA分子内电荷转移超交换机理

设计并合成了一系列寡聚核苷酸组成的双链DNA分子,通过检测样品中二氨基嘌呤(Ap)荧光峰强度和相对荧光量子产率来研究DNA分子内电荷转移.实验中直接分辨和观测到双链DNA分子内电荷转移超交换机理,超交换机理在近距离起作用；而电荷转移跳跃机理,可能是通过极子运动形式体现.     

纳晶稀土复合氧化物Dy1-xSrxCoO3-y I. 荧光特性及其机理研究

研究了在紫外(UV)激发下纳晶Dy1-xSrxCoO3-y(0.0≤x≤1.0)的荧光特性及其发光机理。结果表明, 纳晶Dy1-xSrxCoO3-y的荧光为量子限域型光致发光, 这源于纳晶的尺寸量子化效应, 其发光机理为量子限域模型。Dy^3^+的自身浓度猝灭机理为电隅极-电四极相互作用。纳晶电偶极跃迁的振子强度为3.256×10^-^6～41.00×10^-^6, 摩尔消光系数为0.8581-10.82。     

Me3NO存在下Ru3(CO)11L的CO取代反应动力学与机理

本文研究了在Me_3NO存在下Ru_3(CO)_(11)L(L_=PPh_3,PBu_3~n)的CO取代反应动力学,并提出了可能的机理。Ru_3(CO)_(11)L中的CO被配体L取代生成Ru_3(CO)_9L_3。当L=PPh_3,r=(k_1 k_2[Me_3NO])[Ru_3(CO)_(11)L];L=PBu_3~n,r=(k_1 k_2[PBu_3~n])[Ru_3(CO)_(11)L].除了涉及简单的离解机理外,还存在着按缔合机理进行的简单CO热取代与Me_3NO对Ru_3(CO)_(11)L中羰基碳的进攻。     

酸性分子筛上甲醇催化转化反应机理研究进展

概括了甲醇转化反应机理实验和理论研究方法,介绍了甲醇脱水预平衡阶段的主要机理模型和实验理论依据,重点综述了C-C键形成过程中涉及到的直接机理和"烃池"机理的实验与理论研究进展和存在的问题,探讨了分子筛孔道结构对"烃池"物种结构和反应历程的影响.     

Quantum chemical study of penicillin: Reactions after acylation

The density functional theory methods were used on the model molecules of penicillin to determine the possible reactions after their acylation on β‐lactamase, and the results were compared with sulbactam we have studied. The results show that, the acylated‐enzyme tetrahedral intermediate can evolves with opening of β‐lactam ring as well as the thiazole ring; the thiazole ring‐open products may be formed via β‐lactam ring‐open product or from tetrahedral intermediate directly. Those products, in imine or enamine form, can tautomerize via hydrogen migration. In virtue of the water‐assisted, their energy barriers are obviously reduced. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2007     

自由基-分子反应:F+Propene(CH2CHCH3)的从头算研究

The radical-molecule reaction F+propene (CH2CHCH3) was studied in detail by using the Becke's three parameter Lee-Yang-Parr-B3LYP/6-311G(d,p) and coupled cluster with single, double, and triple excitationsCCSD(T)/6-311+G(2d,2p). It is shown that F+propene reaction mainly occurs through complex-formation mechanism: F attacks the double bond of propene leading to the formation of complex 1 and complex 2. As the two radical complexes are metastable, they can quickly dissociate to H+C3H5F, CH3+C2H3F and HF+C3H5. Based on the ab initio calculations, the CH3+C2H3F is the main channel, and the H elimination and HF forming channels also provide some contribution to products. The calculated values are in good agreement with the recently reported experimental results.     

[2+2]环加成反应机理的理论研究

[2+2]环加成反应是有机化学中非常重要的一类反应,其机理的研究一直是实验和理论工作者关注的课题之一。本文从理论的角度综述了三类[2+2]环加成反应的反应机理,即简单烯烃或炔烃参与的环加成反应、累积双键体系参与的环加成反应以及稀土钍化合物参与的环加成反应, 得出对于简单的烯烃或炔烃之间的环加成反应一般是按双自由基机理进行,而其他两类反应主要按协同或两性离子方式进行,并且从前线分子轨道作用理论角度分析了产生不同反应机理的原因。     

Kinetic modeling of ZnO-rGO catalyzed degradation of methylene blue

Photodegradation of organic pollutants strongly depends on design of metal oxide semiconductor photocatalysts. Graphene, if composited with ZnO, can effectively enhance its photocatalytic performance for the eradication of pollutants from aqueous medium. Here in, ZnO-rGO is reported as highly active catalyst for degradation of methylene blue. A 200-mg/L solution of methylene blue dye was completely degraded within 1 h in comparison to 74% and 56% degradation over ZnO and rGO, respectively. The commonly used mechanisms of heterogeneous catalytic reactions, the Langmuir-Hinshelwood mechanism, and the Eley-Rideal mechanisms, were used to describe the reaction kinetics. The Langmuir-Hinshelwood mechanism was found as more favorable in this study. Apparent activation energy, E_ap, true activation energy, E_T, entropy, ΔS, and enthalpy, ΔH were calculated as 36.2 kJ/mol, 13.1 kJ/mol, 197.5 J/mol, and 23.1 kJ/mol, respectively.