四环素是兽药中应用最广泛的抗生素之一,残留的四环素会对环境和人类造成潜在危害.目前主要采用物理和化学工艺去除四环素.物理工艺包括吸附和膜分离技术,不会破坏四环素的结构.化学过程是通过活性氧破坏四环素的结构,如芬顿反应和光催化技术.然而,上述过程均存在一些不足.最近,基于过氧一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术在水处理方面表现优异,引起了人们的广泛关注.PMS具有稳定、环保、易于运输和无毒等优点,与羟基自由基相比,PMS活化产生的硫酸根自由基具有更高的氧化还原电位和更长的半衰期.PMS可以通过多种方式活化,如过渡金属活化、碳材料活化、紫外线照射、热、超声波和微波活化过程.其中,过渡金属的活化因活化能力较强而备受关注.钒基催化剂被认为最有希望替代钴基催化剂,用于活化PMS以降解有机污染物的材料.然而,即使钒的含量远低于钴,传统的钒物种也很容易泄漏出影响环境的金属离子.本文采用氟化后的钒铝碳(F-V2AlC)活化PMS,表现出较好的罗丹明和抗生素降解能力.F-V2AlC/PMS系统在15 min内对罗丹明和抗生素的去除率分别达到97.7％和78.0％.并且,F-V2AlC在PMS活化方面表现出比V2O3更高的活性和更好的可重复使用性.与V2O3的活性快速丧失和高浓度离子泄漏相比,F-V2AlC表现出几乎恒定的活性和极低的离子泄漏.催化剂的活化能力在六次循环后几乎没有减弱.活性氧清除实验和电子自旋共振研究表明,主要的活性氧为单线态氧,这是由于二维限制效应导致的.抗生素降解过程中吸光度的测试结果表明,F-V2AlC/PMS体系中275 nm处的吸收峰出现不同的蓝移,因此采用液相色谱-质谱(LC-MS)检测降解中间产物,并推测可能的降解路径.催化剂对四环素降解的实验结果表明,氟的引入改变了抗生素在催化剂上的吸附方式,进而改变了降解路径.分解产物的环境影响实验结果表明,降解中间体的毒性大大降低.综上,这种超耐用的催化剂材料为PMS高级氧化技术的实际应用提供了基础.

氟化;高级氧化技术;钒铝碳;活性氧

李超;宋晨杰;李慧;叶立群;徐怡雪;黄应平;聂工哲;张如梦;刘维;黄妞;王保强;马天翼

三峡大学材料与化学工程学院,无机非金属晶体与能量转换材料重点实验室,湖北宜昌443002,中国;湖北三峡实验室,湖北宜昌443007,中国;皇家墨尔本理工大学,墨尔本,澳大利亚;三峡大学教育部三峡库区生态环境工程研究中心,湖北宜昌443002,中国;香港中文大学生命科学学院,香港沙田,中国

催化学报

[1]李超;宋晨杰;李慧;叶立群;徐怡雪;黄应平;聂工哲;张如梦;刘维;黄妞;王保强;马天翼-.用于过氧单硫酸盐活化的超耐用氟化V2AlC)[J].催化学报,2022(07):1927-1936

V2AlC,钒铝碳

过氧单硫酸盐,耐用,氟化,兽药,潜在危害,化学工艺,附和,膜分离技术,化学过程,过活,芬顿反应,光催化技术,PMS,高级氧化技术,无毒,羟基自由基,硫酸根自由基,氧化还原电位,半衰期,过渡金属,碳材料,紫外线照射,活化过程,活化能,钒基催化剂,代钴,钴基催化剂,降解有机污染物,钒物种,漏出,金属离子,罗丹明,抗生素降解,降解能力,去除率,V2O3,可重复使用性,六次,活性氧清除,电子自旋共振,单线态氧,降解过程,吸光度,吸收峰,蓝移,LC,中间产物,降解路径,四环素降解,分解产物,中间体,大大降低

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