图文摘要

成果简介

由过渡金属离子Fe(II)和过硫酸盐(PMS/PS)构成的类芬顿体系，具有易实施、成本低和绿色无毒等特点，因而具有非常广阔的实际应用前景。然而，由于Fe(III)的快速积累，Fe(II)-PS类芬顿体系面临反应钝化和持续氧化性能差等问题。对此，基于配体-金属电荷转移原理（ligand-to-metal charge transfer，LMCT），本研究构建了一种由可见光驱动的新型多相类芬顿催化反应体系（有机物-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis），利用清洁低能耗的可见光驱动有机物-TiO₂-Fe(III)间的电荷传递，在不使用外源还原剂和对TiO₂进行任何改性修饰的条件下，实现了Fe(III)的有效还原和PS的高效催化分解（PS利用效率提升至33.2%），显著提升了硫酸根自由基（SO₄^-•）和羟基自由基（•OH）的产率，从而实现了包括酚类、抗生素和染料类有机物的高效降解与深度矿化。与传统Fe(II)-PS以及Fe(II)-H₂O₂体系相比，有机物-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis体系可在更低的铁盐投加量和更高的pH条件下稳定运行。深入的机理分析发现，通过Fe(III)还原、PS活化、活性氧化性物质生成和有机物分解等过程产生的协同催化效应，使得该新型多相类芬顿催化反应体系具有可持续且优异的可见光催化反应性能。此外，对于实际的钴镍湿法冶炼废水的处理测试结果显示本研究所提出的有机物-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis催化体系在污废水深度处理中具有突出的应用潜力。

Fig. 1. A)-D) BPA degradation efficiency achieved by different catalytic systems. E) Degradation rates and F) mineralization rates of various pollutants in the organic-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis system.

Fig. 2. Comparison of BPA-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis with BPA-Fe(II)-PS and BPA-Fe(II)-H₂O₂ systems under A) different iron salt dosages and B) different initial solution pH conditions.

Fig. 3. A) The changes of dissolved Fe(III) concentration and solution pH in BPA-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis system during the catalytic reaction. B) Generation of dissolved Fe(II) in different reaction systems.

Fig. 4. A) EPR spectra of DMPO-•OH, DMPO-SO₄•-, TMP-¹O₂, and DMPO-•O₂^- obtained from BPA-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis system. B) Comparison of EPR spectra of DMPO-•OH obtained from different reaction systems. C) The variation in the relative intensity of DMPO-•OH during the degradation of BPA by different reaction systems. D) Effects of ethanol and TBA on BPA degradation in the BPA-Fe(III)-PS-TiO₂-Vis system.