邻苯二甲酸二丁酯是水中常见的塑化剂类内分泌干扰物。过硫酸盐高级氧化技术能有效降解这类污染物。纳米零价铁是活化过硫酸盐的有效催化剂,但单独使用速率受限于其表面的钝化。引入第二种金属铜形成双金属,可以利用铜的催化脱氢效应,加速纳米零价铁的腐蚀,产生更多的亚铁离子和电子,用于活化过硫酸盐。生物炭作为载体,不仅能分散双金属纳米颗粒,其巨大的比表面积和疏水作用对疏水性的污染物有很强的吸附富集能力。
本研究通过简单的液相还原,在玉米秸秆生物炭上原位合成了紧密接触的纳米零价铁-铜双金属纳米颗粒。铜的引入在纳米零价铁表面形成了无数个微小的Fe-Cu原电池,以铜为阴极,加速了Fe⁰的阳极溶解和电子释放。这些电子一部分直接用于还原污染物分子,另一部分用于活化过硫酸盐产生硫酸根自由基和羟基自由基。在活化过硫酸盐降解邻苯二甲酸二丁酯的实验中,该复合材料在60分钟内将20mg/L的污染物近乎完全去除,其表观速率常数是单独纳米零价铁体系的5.8倍。通过X射线光电子能谱和自由基捕获实验,证实了体系中硫酸根自由基、羟基自由基和电子还原均参与了污染物的降解。
纳米零价铁-铜中纳米零价铁的腐蚀速率远高于单独纳米零价铁,但铜的引入并未导致铁离子的过量溶出。经过5次循环使用,催化剂的活性保持稳定。该研究通过双金属催化与载体吸附预富集的协同,实现了水中邻苯二甲酸酯的高效、快速降解,为环境激素类污染物的深度净化提供了先进的材料和技术方案。
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