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氧化铈纳米棒/生物炭复合活化过硫酸盐去除水中磷酸三(2-氯乙基)酯

文章出处:人气: 发表时间:2023-01-24 13:15

  磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)作为一种广泛使用的有机磷阻燃剂,因其环境持久性和潜在致癌性,成为水和土壤中的新兴污染物。TCEP结构中的磷酸酯键和C-Cl键使得其化学性质稳定,传统生化法难以有效降解。基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术是去除这类污染物的有效手段。氧化铈(CeO₂)因其优异的储氧能力和Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环,被广泛用于催化PMS。研究表明,CeO₂的催化活性高度依赖于其暴露的晶面和氧空位浓度。一维CeO₂纳米棒主要暴露高活性的(110)和(100)晶面,其上富含氧空位,对PMS活化特别有效。将其原位生长在多孔、高比表面积、具有丰富表面官能团的稻壳生物炭上,不仅可以分散纳米棒、暴露更多活性位,生物炭自身的碳缺陷和持久性自由基还能协同活化PMS。

  

  本研究通过水热法在稻壳生物炭上原位生长了CeO₂纳米棒。该CeO₂/BC复合材料在活化PMS降解TCEP时,展现了远超纯CeO₂纳米棒或纯BC的协同催化活性。EPR和自由基淬灭实验表明,TCEP的降解是由SO₄·⁻和单线态氧(¹O₂)共同主导的过程,其中SO₄·⁻贡献约占60%,¹O₂贡献约占40%。CeO₂表面的氧空位是产生SO₄·⁻的主要位点,而生物炭的碳缺陷则是产生¹O₂的关键。LC-MS/MS鉴定出的降解中间产物包括脱氯产物和羟基化产物,证实了TCEP的C-Cl键和磷酸酯键在自由基攻击下均发生了断裂,并释放出Cl⁻和PO₄³⁻。该研究为处理水中新型有机磷阻燃剂提供了高效复合催化剂的理性设计思路,即将具有特定形貌和活性晶面的金属氧化物与碳基载体进行耦合,以实现自由基与非自由基的协同氧化。

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