摘要
开发一种高效、绿色的催化氧化技术始终是环境催化领域中一项重要又具有挑战的工作。因过一硫酸盐（PMS）具有稳定性较高、环境友好性、成本低、水溶性好（20℃时，溶解度大于250 g L-1）且方便运输和储存等优点，基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化技术而被广泛研究。一般而言，钴基催化剂活化PMS的效果最好。然而，由于钴溶出潜在的致癌风险阻碍了其大规模实际应用。因此，亟需开发一种高效、绿色的环境催化剂用于活化PMS。本文主要考察了磁性纳米材料Fe3C/NC和具有微纳结构的BiOBr催化活化PMS降解有机污染物的性能。主要的研究工作为： （1）制备了由片层NC和被包覆于片层上的Fe3C组成的磁性纳米材料Fe3C/NC，并所得Fe3C/NC与PMS联用，构建了新型的Fe3C/NC-PMS高级氧化体系，完全避免了钴基催化剂钴溶出的问题。研究表明，Fe3C/NC和PMS的浓度分别为0.1 g L-1和2 g L-1时，在30in内可以完全降解10 m L-1的布洛芬（IBU）。离子溶出、循环实验以及反应后催化剂的XRD表征等结果表明Fe3C/NC为一种化学性质稳定的催化剂。醇俘获实验表明Fe3C/NC-PMS体系中存在硫酸根自由基（SO4??）、羟基自由基（·OH）和单线态氧（1O2）。该体系的催化机理为Fe3C上的活性位点和氮掺杂碳混合材料活化PMS分别产生了SO4??、·OH和1O2。基于LC-MS和GC-MS分析了降解过程中的中间产物，提出了以脱羧和羟基化反应为主的Fe3C/NC–PMS体系降解IBU的途径。 （2）研究了BiOX（X=Br, Cl, I）活化PMS降解有机污染物的过程。相同的实验条件下，BiOBr催化活化PMS的效果最好。在初始pH值为7的情况下，0.2 g L-1的BiOBr和0.5 mM的PMS可以在6 min内将20μM的罗丹明B（RhB）完全降解。该体系还可以降解多种污染物。随着PMS（2 mM）的投加量的增加，能够实现69％的TOC去除率。当BiOBr-PMS体系中分别加入0.25 M叔丁醇和乙醇时，对RhB降解有一致的抑制作用，继续将叔丁醇浓度升高，抑制效果增强，说明在BiOBr催化活化PMS过程中产生了·OH。利用电子顺磁共振（EPR）技术进一步表明了·OH的生成。在此基础上提出了BiOBr活化PMS的机理为催化剂表面的Br-活化PMS产生了强氧化性的物种。
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