水热生物炭基材料催化活化过氧单硫酸盐去除水中难降解有机物的研究进展

基于过氧单硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺(AOPs)在高效去除难降解有机污染物的领域中具有广阔的应用前景。生物炭是可再生或废弃生物质碳化的固体产物，水热碳化是生物质资源化的低耗能过程，它的主要产物是水热生物炭(HC)。由于HC具有丰富的表面官能团，同时在制备过程中其表面组成和结构较易进行优化调控，HC作为一类新兴碳基功能材料用于催化活化PMS的AOPs过程对于难降解有机污染的高效去除提供了新的途径。文中从HC的生物质来源、合成方法及其活化PMS的机制、影响因素和应用等方面，阐述了HC/PMS体系去除水环境中难降解有机污染物的研究进展，并提出了该研究领域中亟需解决的问题和HC催化活化PMS研究的未来发展方向。     

铁基生物炭活化过硫酸盐处理有机废水的研究进展

环境中富集的各种有机污染物对生态系统和人体健康存在较大威胁。近年来，基于过硫酸盐（PS）的高级氧化技术（AOPs）因操作简单、成本较低且氧化还原能力强，在高效降解有机污染物方面展现出巨大潜力。铁基生物炭（Fe-biochar）由于具有吸附和催化的双重优势，在活化PS降解有机污染物领域得到了广泛应用。简述了Febiochar复合材料的制备方法，介绍了Fe-biochar活化PS过程的影响因素，分析了污染物降解过程中存在的反应机制。Fe-biochar不仅可以通过吸附作用去除污染物，还可以通过高效的电子转移来介导Fe-biochar/PS体系中自由基途径和非自由基途径对污染物进行降解。同时，对Fe-biochar的重复利用性和稳定性进行了讨论，提出了几种Fe-biochar高效再生的方法。最后对Fe-biochar用于活化PS降解有机污染物的实际应用进行了展望，以期为难降解有机污染物处理及生物质高值化利用提供参考。     

热解时间对污泥生物炭活化过硫酸盐的影响研究

污泥热解制备生物炭是一种污泥有效处理处置与资源化利用方法。通过控制热解时间,调控污泥生物炭表面的活性位点,改变过一硫酸盐（PMS）体系中的活性物种组成,可实现环丙沙星（CIP）的高效降解。研究发现,热解温度为700℃、热解时间为120 min时,污泥生物炭具有较高的PMS活化性能,对CIP的去除率近90%。机理探究表明,¹O₂在体系中发挥主要作用。C==O、吡咯氮和—OH位点有利于¹O₂产生,C—O、吡啶氮、晶格氧和Fe位点促进·OH和SO₄^·-释放,石墨氮可促进PMS活化产生SO₄^·-。     

改性咖啡渣生物炭提升污泥脱水性能的研究

生物炭来源广泛,具有多孔结构和高热值等特征,能够提升污泥脱水性能,同时有利于污泥后续干化和资源化利用。研究了咖啡渣生物炭投加量对污泥脱水性能的影响,确定了生物炭的最佳投加量为40%DS(污泥干重),此时脱水泥饼含水率为90.95%。为进一步提升生物炭调理污泥的脱水性能,利用3种药剂(FeCl₃、CaCl₂和AlCl₃)对生物炭进行改性。结果表明,经3 mol/L的FeCl₃和CaCl₂溶液,以及1 mol/L AlCl₃溶液改性的生物炭分别使污泥SRF下降了45.93%,50.58%和41.57%。胞外聚合物(EPS)成分分析表明,经改性生物炭调理后,与脱水性能密切相关的蛋白质含量明显降低。并且,调理污泥脱水泥饼在恒温热干燥过程的前3 min失水率均超过25%,干燥性能较原污泥有明显提升。此外,改性生物炭降低了污泥滤液的浊度、TSS以及VSS/TSS,有利于降低污泥滤液处理的难度。因此,改性生物炭在提升污泥脱水性能方面具有很大的应用潜力。     

生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展

持久性自由基（PFRs）因其持续反应活性和潜在毒性而日益受到广泛关注。生物炭在高温热解和水热碳化制备过程中会产生PFRs，并可转化形成活性氧物质，从而促进环境污染物的氧化还原转化和降解，同时也产生潜在的环境健康风险。本文综述了生物炭PFRs的国内外研究进展，归纳了PFRs在生物炭制备过程中的形成和转化机制，总结了生物炭PFRs生成ROS降解有机污染物、光诱导氧化降解有机污染物、重金属氧化还原转化等方面的环境应用研究现状，初步探讨了生物炭PFRs的毒性效应，并对今后的研究发展方向提出了展望，以期为生物炭PFRs的进一步环境应用提供方向和依据。     

Co3O4改性USY分子筛吸附和催化氧化甲苯特性研究

利用水热法合成Co₃O₄/USY复合材料,研究其对有机污染物甲苯的吸附和催化氧化特性,同时结合微波对Co₃O₄的精准加热特性,考察不同负载量Co₃O₄/USY在微波作用下的升温特性及催化甲苯氧化降解特性。结果表明,通过水热反应,Co₃O₄在USY表面形成多孔蜂窝状结构;负载Co₃O₄后的USY保持较高的吸附容量,Co₃O₄/USY-1.5m室温下的吸附容量为85 mg/g;Co₃O₄/USY在干、湿两种状态下均在325℃表现出优良的催化氧化特性、CO₂选择性和稳定性;Co₃O₄/USY能够与微波高效耦合,快速升温启动其催化作用,控制反应温度为250℃,发现微波诱导甲苯催化氧化过程的CO₂选择性优于常规催化,表明所制备Co₃O₄/USY复合材料具备吸附甲苯并进行微波快速再生协同有机污染物高效催化氧化降解的可行性。     

炭质材料在活化过硫酸盐高级氧化技术中的应用进展

在应用过硫酸盐高级氧化技术降解有机污染物的过程中,开发经济、高效、安全的新型活化技术至关重要并成为目前的研究热点。近年来,炭质材料凭借其自身独特的优势及发展前景迅速受到广泛的关注,有望成为应用于高级氧化技术的新一代绿色催化剂。本文综述了近几年来国内外关于各种炭质材料在活化过硫酸盐氧化技术中的研究应用进展,包括活性炭活化、不同类型的生物炭活化、表面化学改性炭材料活化、杂原子改性炭材料活化、炭材料负载金属及金属氧化物活化以及炭材料与其他技术耦合活化过硫酸盐降解有机污染物的研究现状,并探讨了该技术在应用过程中的运行成本问题,最后提出了该技术目前面临的问题及未来发展方向,期望为促进炭质材料活化过硫酸盐高级氧化技术的进一步推广和应用提供参考。     

污泥生物炭基催化剂在高级氧化水处理的应用

污泥作为污水处理过程的残留物,含有多种重金属、有机物以及微生物等污染物,严重危害环境和人体健康.污泥衍生的生物炭基材料具有优良的孔隙结构、表面电荷分布以及含氧基团,在高级氧化水处理领域显示出极大潜力.目前,多种污泥生物炭基催化剂成功应用于光催化、过硫酸盐活化以及芬顿等氧化体系,显示出较高催化活性.系统地总结了污泥生物炭...     

纳米碳材料催化液相选择性氧化的研究进展

纳米碳材料是广受关注的高性能材料,其作为无金属催化剂的应用近年来受到了广泛关注。综述了碳材料在不同氧化剂（O₂、H₂O₂、叔丁基过氧化氢、氧化石墨等）的作用下选择性催化氧化烃类、醇类、酮类、胺类等制备有机化学品和氧化降解有机污染物反应过程,着重阐述这些液相氧化反应体系的机理以及碳材料在其中所起的作用。     

Fe负载污泥生物炭催化热解聚丙烯及产物特性

针对塑料成分复杂、热解产油组分不稳定和品质控制难的问题，本文以市政污泥为原料制备Fe负载污泥基生物炭催化剂，以聚丙烯塑料(PP)催化热解促进焦油裂解与合成气生产的试验路线开展研究，分析了PP热解产物中焦油的去除效果、富H₂合成气关键组分以及催化热解过程对污泥基生物炭表面特性的影响。结果显示FeCl₃浸渍比为5%(质量分数，以Fe计)制备的污泥基生物炭可显著促进PP催化热解产氢，1g塑料氢气产率达17.39mmol，分别高于未经Fe负载污泥生物炭催化对照组268.43%以及纯PP热解对照组2046.91%。催化热解过程强化了焦油裂解，焦油裂解率达29.65%。焦油组分中醇类物质相对占比下降，烯烃类与卤代酯类物质相对占比上升。同时，催化热解后污泥基生物炭表面出现特殊的薄层状孔隙结构，比表面积增至225.90m²/g。XPS分析发现污泥基生物炭表面的碳氧官能团结合碳、晶格氧以及羧基氧相对比例上升，证明在此Fe浸渍比例下出现了更多的活性位点。     

过碳酸盐高级氧化技术在水处理中的研究进展

近年来,活化过碳酸盐高级氧化技术由于低成本、安全、稳定等特点,越来越多的学者将其应用于处理水中的各类有机污染物,有望成为一种新兴的环境友好型水处理技术。通过查阅近十年大量国内外文献,在总结了活化过碳酸盐降解有机污染物的机理的基础上,系统综述了均相活化、非均相活化、物理活化、联合活化等不同过碳酸盐的活化方法与活化反应机制,并针对活化过碳酸盐高级氧化技术应用于降解废水中的各类有机污染物、膜污染控制、污泥脱水及污泥厌氧消化等方面的研究现状展开阐述。最后指出目前水处理研究领域活化过碳酸盐高级氧化技术存在的问题,并对未来的重点研究方向进行了展望,以期为该技术在水污染治理中的进一步推广和应用提供参考。     

过硫酸盐高级氧化降解水体中有机污染物研究进展

基于硫酸根自由基（sulfate radical,SO₄ ^-·）氧化原理的活化过硫酸盐（persulfate,PS）氧化法是近年来高级氧化工艺（advanced oxidation process,AOP）的研究热点,以经济、高效、环境友好、安全稳定的优势在水处理、环境保护等领域开辟了新的思路。此前,学者们发现过硫酸盐高级氧化根据活化反应条件（如温度、光照、pH、过渡金属及催化剂等）的不同,会产生不同的自由基参与氧化反应,对降解结果也会产生不同程度的影响。本文根据相关自由基氧化机理,从产生硫酸根自由基的单一氧化、复杂活化体系硫酸根自由基与其他自由基复合氧化以及强化降解等方面,分析了近几年国内外学者对过硫酸盐降解典型有机污染物的研究及在催化剂开发方面所做的工作,指出了许多新颖的过硫酸盐活化手段及其降解效果与不足,并就未来的发展进行了展望,以期为过硫酸盐氧化法未来更好地发展和应用探索出路。     

光热协同催化净化挥发性有机物的研究进展及展望

挥发性有机物（VOCs）是一类重要的空气污染物。催化氧化技术可以将VOCs转化为无毒的CO₂和H₂O,是有效的治理方式之一。针对传统的热催化氧化技术的高能耗和光催化净化VOCs技术的低效率问题,光催化耦合强化热催化的光热协同催化净化VOCs技术近些年来受到广泛关注,并表现出比传统热催化或光催化净化技术更优异的净化性能。总结了近年国内外研究者在光热催化净化VOCs领域所取得的主要研究进展,重点讨论了光热协同作用机制的认知和光热协同催化材料的设计理念,包括贵金属型和金属氧化物型光热协同催化材料,并对光热协同催化净化技术的未来发展方向进行了展望。     

Mn2+催化臭氧氧化活性污泥强化溶胞

研究了不同浓度活性炭、活性焦和Mn²⁺催化作用下臭氧氧化污泥碳源释放情况,发现Mn²⁺为较佳催化剂。本文进一步对比考察了不同Mn²⁺投加量对催化臭氧化污泥溶胞释放有机物的影响以及反应前后污泥特性的差异,探究了Mn²⁺催化臭氧化促进溶胞作用的机理。结果表明,在臭氧氧化污泥时添加Mn²⁺能促进污泥碳源的释放,其中当Mn²⁺投加量为1.5mmol/L时,污泥碳源的释放效果较佳,溶解性化学需氧量的变化值（ΔSCOD）质量浓度为76mg/L,约为单独臭氧氧化（O₃组）的4倍;污泥絮体胞外聚合物溶解性蛋白和腐殖质含量较原泥（空白组）和O₃组相比均有显著增加,分别为2倍和2.3倍,证实了Mn²⁺催化氧化促进了活性污泥胞内有机物的溶出。进一步的机理探究得出,O₃+Mn²⁺组·OH产量为O₃组的1.15～1.74倍,说明Mn²⁺催化氧化促进了反应过程中活性自由基尤其是·OH的生成。Mn²⁺催化臭氧氧化活性污泥在强化污泥破胞的同时,对污泥的理化性质影响较小,基本与单独臭氧氧化维持在同一水平,后续将其应用于基于臭氧旁路处理的污泥原位减量连续工艺有较大的可行性和实际意义。     

酸性材料在CVOCs催化氧化中的应用

含氯挥发性有机化合物(CVOCs)对环境安全和人类健康存在持久性污染和危害。催化氧化法具有操作温度低和CO_2选择性高等优点,被广泛应用于CVOCs催化降解。催化剂作为CVOCs催化降解过程的核心部分,受到很多学者的关注。分析酸性分子筛、金属改性分子筛和复合氧化物酸性材料对各种CVOCs催化氧化活性、副产物控制性能、CO_2和HCl选择性的影响。结果表明,催化剂表面酸中心、氧化中心和催化剂表面结构性质在CVOCs催化氧化过程中起重要作用。较多酸中心和较大比表面积有利于CVOCs分子的吸附和活化,提高HCl选择性。而较多氧化中心则有利于CVOCs深度氧化,减少副产物产生,提高CO_2选择性。     

Simultaneous utilization of electro-generated O2 and H2 for H2O2 production: An upgrade of the Pd-catalytic electro-Fenton process for pollutants degradation

The Electro-Fenton (EF) process is one of the promising advanced oxidation processes (AOPs) for environmental remediation. The H₂O₂ yield of EF process largely determines its performance on organic pollutants degradation. Conventional Pd-catalytic EF process generates H₂O₂ via the combination reaction of anodic O₂ and cathodic H₂. However, the relatively expensive catalyst limits its application. Herein, a hybrid Pd/activated carbon (Pd/AC)-stainless steel mesh (SS) cathode (PACSS) was proposed, which enables more efficient H₂O₂ generation. It utilizes AC, the support of Pd catalyst, as part of cathode for H₂O₂ generation via 2-electron anodic O₂ reduction, and SS serve as a current distributor. Moreover, H₂O₂ could be catalytically decomposed upon AC to generate highly reactive ·OH, which avoids the use of Fe²⁺. Compared with conventional Pd catalyst, H₂O₂ concentration obtained by PACSS cathode is 248.2% higher, the O₂ utilization efficiency was also increased from 3.2% to 10.8%. Within 50 min, 26.3%, 72.5%, and 94.0% H₂O₂ was decomposed by Pd, AC, and Pd/AC. Fluorescence detection results implied that Pd/AC is effective upon H₂O₂ activation for OH generation. Finally, iron-free EF process enabled by PACSS cathode was examined to be effective for reactive blue 19 (RB19) degradation. After continuous running for 10 cycles (500 min), the PACSS cathode was still stable for H₂O₂ generation, H₂O₂ activation, and RB19 degradation, showing its potential application for organic pollutants degradation without increase in the running cost.     

Role of oxygen vacancies and Sr sites in SrCo0.8Fe0.2O3 perovskite on efficient activation of peroxymonosulfate towards the degradation of aqueous organic pollutants

Metal-based perovskite oxides have contributed significantly to the advanced oxidation processes (AOPs) due to their diverse active sites and excellent compositional/structural flexibility. In this study, we specially designed a perovskite oxide with abundant oxygen vacancies, SrCo_0.8Fe_0.2O₃ (SCF), and firstly applied it as a catalyst in peroxymonosulfate (PMS) activation towards organic pollutants degradation. The result revealed that the prepared SCF catalyst exhibited excellent performance on organic compounds degradation. Besides, SCF showed much better activity than La_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃ (LSCF) in terms of reaction rate and stability for the degradation of the organic compounds. Based on the analysis of scanning electron microscope, transmission electron microscope, X-ray diffraction, N₂ adsorption–desorption, X-ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance, it was confirmed that the perovskite catalysts with high content of Sr doping at A-site could effectively create a defect-rich surface and optimize its physicochemical properties, which was responsible for the excellent heterogeneous catalytic activity of SCF. SCF can generate three highly active species: ¹O₂, SO^-₄· and ·OH in PMS activation, revealing the degradation process of organic compounds was a coupled multiple active species in both radical and nonradical pathway. Moreover, it was mainly in a radical pathway in the degradation through PMS activation on SCF and SO^-₄· radicals produced were the dominant species in SCF/PMS system. This study demonstrated that perovskite-type catalysts could enrich OVs efficiently by doping strategy and regulate the PMS activation towards sulfate radical-based AOPs.     

Adsorption characteristics of arsenic and phosphate onto iron impregnated biochar derived from anaerobic granular sludge

Biological wastewater treatment produces biowaste (sludge), which contains a high portion of organic matter. The organic matter comes from microorganisms, and the biowaste can be converted into biochar, a carbon-rich, fine-grained, and porous substance. Granular sludge from upflow anaerobic sludge blanket contains more organic matter (80 wt% of dry matter) and carbon content (>50% of organic matter). In this study, iron impregnated biochar was prepared to remove arsenic (As) and phosphate, oxyanionic pollutants, from the aqueous phase. The iron impregnation of biochar was executed in a one-step by pyrolyzing the biowaste in the presence of Fe instead of conventional two-step, i.e., biochar production after then modification. The granular sludge biochar and activated sludge biochar did not adsorb at all As and phosphate. The adsorption capacity of granular sludge biochar was enhanced via iron impregnation, and the iron-impregnated granular sludge biochar removed 10.37 mg PO ₄ ^3- /g, 11.5 mg As(V)/g, and 6.1 mg As(III)/g, respectively. Therefore, the one-step process enhanced the adsorption capacity and reduced processing time for the adsorbent synthesis.     

Biochar-mediated regulation of greenhouse gas emission and toxicity reduction in bioremediation of organophosphorus pesticide-contaminated soils

Organophosphorus pesticides (OPPs) are a set of toxic persistent organic pollutants (POPs) present in the environment. Recently, biochar-mediated bioremediation has exhibited many advantages over conventional methods for the remediation of pesticide-contaminated soil. In the present study, biochar and nitrogen fertilizer (NH₄NO₃) were employed to remediate OPP-contaminated soil and the greenhouse gas (GHG) emission during 90 days of incubation was investigated. After thermal desorption treatment, the content of organophosphorus pesticides reduced from 175.61 μg·kg^-1 to 62.68 μg·kg^-1. The addition of NH₄NO₃ in the following bioremediation led to larger reduction (34.35%) of the pesticide concentration than that of biochar (31.90%) for the contaminated soils with thermal desorption treatment, while the simultaneous addition of biochar and NH₄NO₃ led to the largest reduction of pesticide concentration (11.07%) for the soil without thermal desorption treatment. The addition of biochar and NH₄NO₃ only slightly increased the emission rate of GHGs from the soil without thermal treatment, but remarkably increased the emission rate of GHGs from the soil after thermal treatment. In most cases, the addition of NH₄NO₃ is more effective than biochar to promote the degradation of pesticide, but also exhibited higher GHG emission. The microbial community analysis suggests that the enhanced degradation of pesticide is mainly owing to the increased activity of microorganism.