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。     

活性炭催化过氧化物高级氧化技术降解水中有机污染物*

活性炭（AC）能够催化过氧化氢(H₂O₂）释放出强氧化性的羟基自由基•OH。过二硫酸盐（PS）与H₂O₂结构上相似,因此PS也有可能被AC催化产生强氧化性的硫酸根自由基SO4−•。AC催化无机过氧化物（H₂O₂或PS）将发展成为一类新型高级氧化技术。AC催化H₂O₂联合体系包括AC/H2O2,AC/Fenton,AC/H₂O₂/紫外光,,AC/H₂O₂/微波,AC/湿式H₂O₂氧化;AC催化AC/PS联合体系包括 AC/PS,AC/PS/金属离子, AC/PS/ 微波。AC过氧化联合体均可高效降解水中有机污染物。本文在首次综述AC/过氧化物联合体系处理有机污染物研究现状的基础上,分析了AC和过氧化物的相互作用,并对该类高级氧化技术的发展前景进行了展望。     

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。     

铁基金属-有机骨架及其复合物高级氧化降解水中新兴有机污染物

新兴有机污染物(Emerging organic contaminants,EOCs)是对人体健康及生态环境具有潜在或实质威胁的新型化学污染物.由于其被频繁使用且能在水生生态系统中持久性存在而对水生生物健康和安全造成严重威胁,故引起大众越来越多的关注.以活性污泥法为代表的传统水处理工艺通常不足以消除这些新兴有机污染物....     

生物炭去除水中四环素的研究进展

随着抗生素药物(如四环素)的大量使用,近几年抗生素的环境行为和毒性已经成为人们的研究焦点和热点.我国的地表水、地下水、市政污水、养殖废水等不同水体中都检测到了四环素等抗生素药物,引发的水生态问题受到了众多学者的广泛关注.生物炭因具有制备来源广泛且易得廉价、比表面积大、孔隙发达、官能团种类较多等优点被学者们重点关注,已有众多文献报道发现不同种生物炭对四环素的吸附具有优越的性能.本文综述了近年来不同生物质制备的生物炭对四环素的吸附影响以及不同水化条件对四环素对生物炭吸附特征的影响,并阐述了生物炭吸附四环素过程中所涉及的机理.对进一步探究生物炭对四环素吸附的影响具有一定的指导意义.     

基于过氧乙酸的高级氧化技术及在水处理消毒中的应用

近年来有研究发现基于过氧乙酸(PAA)的高级氧化技术(AOP)不仅可以降解水中新兴的微污染物,还比单独PAA有更好的消毒效果。本文总结了PAA的高级氧化技术活化机理,阐述了PAA的AOP在水消毒中的应用研究进展。基于目前的研究,发现UV/PAA在水消毒的前沿问题中,如藻类及藻毒素的去除、真菌及抗生素耐药菌灭活等方面都有良好的处理效果,有待更进一步的探索,其他方式活化PAA的AOP在水消毒领域的研究数量不多,拥有广阔的研究潜力,除此之外,对PAA的AOP中可能存在的消毒副产物进行识别也可能是未来的研究热点。     

新型二氧化铅阳极电催化降解有机污染物的特性研究

通过XRD、SEM等表征,以酚类化合物为目标污染物,研究了经改性的新型含氟β-PbO2阳极电催化氧化污染物的特性.结果表明,该电极对酚类有机污染物的降解显示了良好的电催化活性、稳定性和抗腐蚀性,有较好的环保应用前景.进一步通过羟基自由基清除剂异丙醇加入前后降解效果的比较证实了本系统中有机污染物的降解主要基于羟基自由基的作用机理,是一种电化学高级氧化工艺.     

多相催化过硫酸盐工艺处理水环境中有机污染物的非自由基过程

20世纪80年代至今,水处理技术中的高级氧化过程(AOP)已被广泛研究及应用。然而水体中的有机污染物仍因种类繁多和降解难易不同困扰着研究者们,因此对于AOP的机理过程需要更深入的分析认识,以利于技术的进一步发展及应用。AOP中的过硫酸盐氧化工艺近年来得到大量关注,其自由基机理的关键活性物种是·OH 和·SO₄^-。非自由基机理分为¹O₂氧化和PS直接氧化(也称电子转移),某些体系中高价态金属也直接或间接地参与氧化过程。但非自由基过程的发生机理及优势特点仍存在争议。本文综述了基于多相催化过硫酸盐高级氧化过程处理水中有机污染物的最新研究,阐述反应机理及其分析手段,并指出当前研究可能存在的问题。对于过硫酸盐高级氧化工艺中非自由基过程的未来研究方向及应用前景提出展望。     

高级氧化技术中自由基的检测技术和方法研究进展

高级氧化技术是目前难降解有机污染物处理方法中应用最广泛的技术,强氧化性自由基的产生是其中的关键过程,定性定量分析在该过程中产生的自由基成为必需手段.该文综述了目前高级氧化法中自由基检测方法的现状,包括电子自旋/顺磁共振法(ESR/EPR)、高效液相色谱法(HPLC)、分光光度法、荧光光谱法和电化学法等,从定性定量分析的...     

超声-光催化降解水中有机污染物

超声-光催化是一项近年发展起来的废水处理的新型高级氧化技术。该技术利用超声的空化效应、自由基效应以及机械效应强化光催化的催化效能,实现超声和光催化对水中有机污染物的协同降解。本文从水中有机污染物的超声-光催化降解机理、降解动力学、影响因素（光催化剂类型和投加量、超声频率和强度、溶液pH值、温度、反应物初始浓度、溶解性气体和离子强度）和反应器类型（悬浮型、固定床型）4个方面介绍了相关研究进展,提出了目前存在的主要问题,并展望了超声-光催化降解水中有机污染物的发展方向。     

基于硫酸根自由基的先进氧化活化方法及其在有机污染物降解上的应用

基于硫酸根自由基(SO₄^.-)的先进(高级)氧化法(AOPs)因其对新型有机污染物的高降解能力和高适应性而受到越来越多的关注。相比羟基自由基(·OH),SO₄^.-的选择性更好、还原电位更高、半衰期更长、pH范围更宽且成本更低,因而能更有效的降解污染物。SO₄^.-可由过一硫酸盐(PMS)或过二硫酸盐(PDS)等过硫酸盐(PS)通过热、机械化学、过渡金属、碳质材料、碱、紫外(UV)或电化学等方法活化产生。本文分析了不同活化方法的优缺点及其应用于有机污染物降解上的研究进展,总结了SO₄^.-降解含不同官能团污染物的三种机理(加成作用、夺氢作用和直接电子转移),并综述了SO₄^.-降解持久性有机污染物(POPs)、“伪持久性有机污染物”——药物和个人护理品(PPCPs)及有机染料三大类有机污染物的降解途径、降解产物及其研究进展,最后展望了该技术未来的研究方向。     

Stability and Removal of Benzophenone-Type UV Filters from Water Matrices by Advanced Oxidation Processes

Benzophenone (BP) type UV filters are common environmental contaminants that are posing a growing health concern due to their increasing presence in water. Different studies have evidenced the presence of benzophenones (BP, BP-1, BP-2, BP-3, BP-4, BP-9, HPB) in several environmental matrices, indicating that conventional technologies of water treatment are not able to remove them. It has also been reported that these compounds could be associated with endocrine-disrupting activities, genotoxicity, and reproductive toxicity. This review focuses on the degradation kinetics and mechanisms of benzophenone-type UV filters and their degradation products (DPs) under UV and solar irradiation and in UV-based advanced oxidation processes (AOPs) such as UV/H₂O₂, UV/persulfate, and the Fenton process. The effects of various operating parameters, such as UV irradiation including initial concentrations of H₂O₂, persulfate, and Fe²⁺, on the degradation of tested benzophenones from aqueous matrices, and conditions that allow higher degradation rates to be achieved are presented. Application of nanoparticles such as TiO₂, PbO/TiO₂, and Sb₂O₃/TiO₂ for the photocatalytic degradation of benzophenone-type UV filters was included in this review.     

高级氧化降解饮用水中嗅味物质土臭素和2-甲基异莰醇的研究进展

土嗅素(GSM)和2-甲基异莰醇(2-MIB)是受藻类污染的饮用水源中普遍存在的嗅味物质。常规工艺对GSM和2-MIB的去除能力十分有限,因嗅味问题引发的公众投诉时有发生,嗅味物质的有效去除已成为亟需解决的饮用水处理技术难题。本文梳理了水源中GSM和2-MIB的来源及存在形态,综述了高级氧化法降解GSM和2-MIB的研究进展,旨在为GSM和2-MIB的高效去除提供理论指导和技术支撑。     

MOFs基材料高级氧化除菌

环境中的病原微生物对人类的健康造成了较大的威胁,传统抗菌剂不足以满足当今人类的需求,因此开发新型高效抗菌剂是目前重要的研究领域。由于具有较大的孔隙度、丰富的表面电荷、周期性分散的金属团簇和活性位点,金属有机框架(MOFs)基材料不仅能够通过可控地缓释金属离子实现除菌,还能通过光催化、活化过硫酸盐、类Fenton反应、电催化等高级氧化过程对细菌产生高效杀灭效果。本文系统总结了具有高级氧化除菌性能的MOFs材料及其复合物、衍生物和宏观器件的研究进展,对MOFs基材料的设计理念、抗菌性能和机理进行了讨论。最后提出了MOFs基材料在除菌领域所面对的挑战,并对其应用前景进行了展望。     

基于尖晶石型铁氧体的高级氧化技术在有机废水处理中的应用

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,自然水体中的有机污染问题愈加严重。基于自由基反应的高级氧化技术(AOPs)可以高效去除水环境中残留的难生物降解的有机污染物,在催化剂的作用下,高级氧化过程方能有效生成强氧化性的自由基来降解有机污染物。尖晶石型铁氧体(MFe₂O₄(M=Zn, Ni, Co, Cu, Mn))被广泛用作高级氧化过程中驱动自由基生成的催化剂,同时强磁性及高稳定性保证其容易在外加磁场的作用下实现回收和再利用。本文主要综述了基于尖晶石型铁氧体的非均相类芬顿技术、光催化技术及过硫酸盐高级氧化技术在有机废水处理方面的研究进展,着重介绍了不同铁氧体磁性纳米材料在上述3种高级氧化技术中催化降解水体中有机污染物的作用机制以及催化性能增强的途径;最后指出尖晶石型铁氧体在高级氧化技术应用中存在的一些问题,并对其后续研究方向进行展望。     

Designing 3D-MoS2 Sponge as Excellent Cocatalysts in Advanced Oxidation Processes for Pollutant Control

3D-MoS₂ can adsorb organic molecules and provide multidimensional electron transport pathways, implying a potential application for environment remediation. Here, we study the degradation of aromatic organics in advanced oxidation processes (AOPs) by a 3D-MoS₂ sponge loaded with MoS₂ nanospheres and graphene oxide (GO). Exposed Mo⁴⁺ active sites on 3D-MoS₂ can significantly improve the concentration and stability of Fe²⁺ in AOPs and keep the Fe³⁺/Fe²⁺ in a stable dynamic cycle, thus effectively promoting the activation of H₂O₂/peroxymonosulfate (PMS). The degradation rate of organic pollutants in the 3D-MoS₂ system is about 50 times higher than without cocatalyst. After a 140 L pilot-scale experiment, it still maintains high efficiency and stable AOPs activity. After 16 days of continuous reaction, the 3D-MoS₂ achieves a degradation rate of 120 mg L⁻¹ antibiotic wastewater up to 97.87 %. The operating cost of treating a ton of wastewater is only US$ 0.33, suggesting huge industrial applications.     

溶液制备过程引入的甲醇对阿特拉津UV光氧化速率和降解机理的影响

在低压汞灯（253.7 nm）光照条件下，研究了样品制备过程中引入的有机溶剂甲醇对目标有机物阿特拉津光氧化降解速率的影响规律，并系统地分析了其影响机理.研究结果表明：反应体系中含有低浓度（<0.1%）有机溶剂甲醇时，不会对阿特拉津在单独UV工艺中的降解动力学产生影响；对UV/H₂O₂工艺中阿特拉津降解动力学的影响较小，但此含量的甲醇却能显著地降低阿特拉津在UV/TiO₂工艺中的降解速率.甲醇对阿特拉津在不同光氧化工艺中降解动力学的影响是甲醇与阿特拉津竞争光量子、改变溶液极性和淬灭活性氧化物种等作用的综合结果，但反应体系中甲醇的存在及含量未改变阿特拉津降解产物的种类及降解途径.本研究的结果可为探索溶液制备时引入到反应体系中的有机溶剂对有机目标物光氧化速率的影响提供新的研究视角，同时也能为文献中目标物配制在不同溶剂中的降解速率差异提供合理解释.     

Designing 3D‐MoS2 Sponge as Excellent Cocatalysts in Advanced Oxidation Processes for Pollutant Control

3D‐MoS₂ can adsorb organic molecules and provide multidimensional electron transport pathways, implying a potential application for environment remediation. Here, we study the degradation of aromatic organics in advanced oxidation processes (AOPs) by a 3D‐MoS₂ sponge loaded with MoS₂ nanospheres and graphene oxide (GO). Exposed Mo⁴⁺ active sites on 3D‐MoS₂ can significantly improve the concentration and stability of Fe²⁺ in AOPs and keep the Fe³⁺/Fe²⁺ in a stable dynamic cycle, thus effectively promoting the activation of H₂O₂/peroxymonosulfate (PMS). The degradation rate of organic pollutants in the 3D‐MoS₂ system is about 50 times higher than without cocatalyst. After a 140 L pilot‐scale experiment, it still maintains high efficiency and stable AOPs activity. After 16 days of continuous reaction, the 3D‐MoS₂ achieves a degradation rate of 120 mg L^?1 antibiotic wastewater up to 97.87 %. The operating cost of treating a ton of wastewater is only US$ 0.33, suggesting huge industrial applications.