摘要
过硫酸盐氧化法是一种高级氧化技术，能通过热、声、紫外线、过渡金属、非金属等激活过硫酸盐产生活性物质降解有机污染物。过硫酸盐氧化法具有氧化电位高、选择性和效率高、pH范围宽等优点。生物炭具有丰富的孔隙率和表面官能团，这些表面官能团极易修饰接枝，作为合成各种功能化碳材料的平台，生物炭基催化剂活化过硫酸盐降解污染物也受到了一些关注。杂原子掺杂的生物炭材料具有良好的催化性能，且环境友好，能有效利用废弃资源生物质。 本研究以锯末作为基础原料合成生物炭，以尿素和硫粉作为氮源和硫源，通过热解的方式将氮原子和硫原子引入生物炭中，合成氮硫双掺杂的生物炭，在过硫酸盐体系下降解对氯苯酚。对比了氮硫双掺杂生物炭、氮掺杂生物炭、硫掺杂生物炭及原始生物炭活化过一硫酸盐降解对氯苯酚的催化性能，氮硫双掺杂生物炭降解对氯苯酚的性能要优于单掺杂以及未掺杂的生物炭材料，氮硫双掺杂生物炭能在5min内完全降解对氯苯酚。并从催化剂浓度、污染物浓度、过一硫酸盐浓度、初始pH、温度以及阴离子浓度等条件探讨了体系对对氯苯酚降解的影响。氮硫比为3∶0.5，氮硫双掺杂生物炭浓度为80mg/L，过一硫酸盐浓度为0.5mM时该过硫酸盐体系降解对氯苯酚的效果最佳。在pH范围5-9该过硫酸盐体系降解对氯苯酚的效果最好，阴离子和腐殖酸能抑制对氯苯酚降解率。材料对其他类型的污染物也有较好的适应性。 通过表征手段对生物炭基材料的结构、形貌、表面成分、比表面积和孔结构进行分析，这些测试结果显示已成功制备了氮硫双掺杂生物炭，并且氮硫元素的掺杂提高了碳材料表面的缺陷度，产生更多的活性位点，材料表面形成了能激活过硫酸盐产生单线态氧的羰基。比表面积分析结果显示材料有大的比表面积2183.75m2/g，主要以介孔为主，并存在少量的大孔。通过淬灭实验、电子自旋共振、液相质谱等手段对反应体系的机理进行了研究。超氧自由基和单线态氧为该体系的主要活性物种，同时结合液相质谱测出的中间产物推断出对氯苯酚可能的降解途径，对氯苯酚被超氧自由基和单线态氧氧化生成苯酚和对苯二酚，进一步生成环己酮和苯醌，最终矿化成二氧化碳和水。
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