近年來，SO4?-高級氧化技術（SR-AOPs）因其適用范圍廣、氧化能力強等優點而成為研究熱點。在活化PMS產生SO4?-的眾多方法中，過渡金屬活化反應體系往往展現出更高的催化性能和更少的能量需求，是重要的SO4?-激活技術。然而，以往研究報道的單一過渡金屬催化劑、多元負載型催化劑在活化PMS體系中往往存在金屬離子溶出量高、催化劑穩定性差等問題。另外，非均相納米催化材料在懸浮體系下使用常存在催化劑回收困難、易團聚等現象不利于活性位點暴露等問題。
近期，我院程修文教授課題組在探索高效穩定的非均相PMS催化反應體系構建策略方面取得系列研究進展。
基于相關理論分析，課題組確定LDHs和PBAs因其整體性與內部堅固的骨架而具有很好的穩定性，且因其內部可同時組合多種類、多價態過渡金屬而具有良好的催化性能。基于此，課題組研究人員分別構建了基于LDHs與PBAs的PMS催化反應體系，優化催化劑的組成與合成工藝參數條件，提高其活化PMS性能，進而高效快速降解水中污染物，并基于抗生素降解實驗與反應動力學研究，闡釋各參數對反應體系的影響。特別地，通過探究LDHs/PMS反應體系中產生的活性氧化分子種類，明晰污染物降解過程機制，揭示體系高效處理新興微污染物的作用機理（圖1），為高效凈水技術與環境功能納米材料研發提供理論依據。
圖1LDHs/PMS反應體系中自由基轉化路徑與污染物降解機理
光催化技術是一種環境友好型的污染控制技術，由于光誘導產生的?OH氧化能力強、無選擇性等優點而備受關注。而在過硫酸鹽高級氧化體系中，光活化是一種典型的過硫酸鹽活化方式。基于以上思路，結合前期研究結果，課題組構建了多種可見光輔助非均相催化劑活化PMS體系（圖2），以期在降低反應體系能耗的同時，實現水中微污染物的快速高效降解。
圖2基于(a) MnO2/Fe2O3納米混合物與(b) CuFe PBAs衍生物的可見光輔助非均相PMS活化反應機理
此外，課題組還設計開發了一種經濟有效的復合催化膜，以期實現高效活化PMS處理醫院廢水的同時，能解決顆粒團聚及回收的問題。針對此，課題組通過沉積法將具有高效催化性能的納米顆粒摻入聚合物膜基質中（圖3），優化其制備工藝參數，構建復合催化膜活化PMS處理醫院醫療廢水的反應體系，探究其PMS活化性能與反應體系的可重復使用性能，為提高環境功能納米材料實際應用潛力提供新的研究思路。
上述研究結果于近期分別發表在環境領域著名期刊《Applied Catalysis B: Environmental》、《Chemical Engineering Journal》和《Journal of Hazardous Materials》上（均為中科院一區期刊，影響因子分別為16.683、10.652和9.038），論文第一作者為2018級環境工程專業碩士研究生郭若男（提前一年畢業，清華大學攻讀博士學位），蘭州大學資源環境學院為第一署名單位。研究得到了國家自然科學基金面上項目的資助。
圖3(a) CGF, (b) LDH(6.25%)@CGF, (c) PBA(9.09%)@CGF, (d) PAN, (e) LDH(9.09%)@PAN和(f) PBA(6.25%)@PAN的SEM圖像
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337320307128
（Sulfamethoxazole degradation by visible light assisted peroxymonosulfate process based on nanohybrid manganese dioxide incorporating ferric oxide, Applied Catalysis B: Environmental,(2020) 119297.）
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894720318040
（Efficient degradation of sulfamethoxazole by CuCo LDH and LDH@fibers composite membrane activating peroxymonosulfate, Chemical Engineering Journal, 398 (2020) 125676.）
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894720316843
（In situ preparation of carbon-based Cu-Fe oxide nanoparticles from CuFe Prussian blue analogues for the photo-assisted heterogeneous peroxymonosulfate activation process to remove lomefloxacin, Chemical Engineering Journal, 398 (2020) 125556.）
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420309559
（Efficient degradation of lomefloxacin by a Co-Cu-LDH-activating peroxymonosulfate process: Optimization, dynamics, degradation pathway and mechanism, Journal of Hazardous Material, (2020) 122966.）
蘭州大學
English
zyhjxy@lzu.edu.cn
