铁基生物炭活化过硫酸盐处理有机废水的研究进展

摘要/Abstract

摘要：

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Fe-biochar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。

关键词: 过硫酸盐, 铁基生物炭, 自由基, 非自由基

Abstract:

Various organic pollutants in the environment pose a great threat to ecosystem and human health. In recent years，advanced oxidation processes（AOPs） based on persulfate（PS） have shown great potential in the efficient removal of organic pollutants due to simple operation，low cost and high redox efficiency. Iron-based biochar（Fe-biochar），which has the dual advantages of adsorption and catalysis，has been widely used in the field of activating PS to degrade organic pollutants. The preparation method of Fe-biochar was summarized firstly. Various influencing factors in the Fe-biochar/PS process were introduced. The catalytic mechanism in the Fe-biochar/PS process was described on the point of adsorption，radical pathway，and non-radical pathway. In addition，the stability and reusability of Fe-biochar catalyst were discussed，and two efficient regeneration methods were put forward. Finally，the practical application of Fe-biochar as the catalyst for activating PS was prospected. It hopes to provide reference for degradation of refractory organic pollutants and high-valued utilization of biomass.

Key words: persulfate, iron-based biochar, free radicals, non-free radicals

中图分类号:

X703

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链接本文: https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I6/22

图/表 3

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生物炭前驱体	铁源	制备方法	PS种类	目标污染物	活性物种	污染物去除率	参考文献
污泥	赤泥	原位	PMS	磺胺甲唑（SMX）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	82.5%	〔16〕
污泥	零价铁（ZVI）	原位	PDS	磺胺二甲基嘧啶（SMT）	SO₄ ^·-和·OH	100%	〔9〕
木屑	FeCl₃	原位	PMS	双酚A（BPA）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	68.9%	〔17〕
花生壳	FeCl₃	原位	PDS	磺胺吡啶（SPY）	SO₄ ^·-和·OH	97.6%	〔18〕
肉豆蔻	K₂FeO₄	原位	PMS	对羟基苯甲酸（HBA）	SO₄ ^·-、·OH、O₂ ^·-和¹O₂	100%	〔19〕
玉米秸秆	FeCl₃	原位（共沉淀法）	PDS	SMT	SO₄ ^·-和·OH	99%	〔20〕
稻壳	Fe₃O₄	原位（共沉淀法）	PDS	海洋沉积物（PAEs）	SO₄ ^·-	83%	〔21〕
污泥	FeCl₃	浸渍	PDS	酸性橙G（OG）	SO₄ ^·-和·OH	99.33%	〔22〕
小麦	FeSO₄	浸渍	PDS	酸性橙7（AO7）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	100%	〔23〕
污泥	FeCl₃	浸渍	PDS	活性蓝19（RB19）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	80%	〔24〕
豆渣	FeCl₃	浸渍	PDS	罗丹明B（RhB）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	100%	〔25〕
木屑	Fe（NO）₃	浸渍（微波法）	PDS	酸性红88（AR88）	·OH和SO₄ ^·-	98.84%	〔26〕
玉米秸秆	CoFe₂O₄	浸渍（超声法）	PMS	BPA	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	80%	〔27〕
稻壳	纳米级零价铁（nZVI）	液相还原法	PDS	壬基酚（NP）	SO₄ ^·-和·OH	96.2%	〔28〕
玉米芯	nZVI	液相还原法	PMS	SPY	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	100%	〔29〕
洋麻杆	nZVI	液相还原法	PDS	BPA	SO₄ ^·-	98%	〔30〕
黍糠	nZVI	液相还原法	PDS	RB19	SO₄ ^·-和·OH	93.81%	〔31〕
香蕉皮	FeSO₄	水热碳化	PDS	BPA	SO₄ ^·-和·OH	100%	〔32〕
玉米	MnFe₂O₄	水热碳化	PMS	金橙Ⅱ（AO2）	SO₄ ^·-、·OH、O₂ ^·-和¹O₂	100%	〔33〕
竹材	Fe₃O₄	湿化学法	PDS	多环芳烃（PAHs）	SO₄ ^·-	86%	〔34〕
竹材	CuFe₂O₄	溶胶凝胶法	PDS	邻硝基氯苯（o-NCB）	O₂ ^·-、SO₄ ^·-和·OH	80%	〔35〕

生物炭前驱体	铁源	制备方法	PS种类	目标污染物	活性物种	污染物去除率	参考文献
污泥	赤泥	原位	PMS	磺胺甲唑（SMX）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	82.5%	〔16〕
污泥	零价铁（ZVI）	原位	PDS	磺胺二甲基嘧啶（SMT）	SO₄ ^·-和·OH	100%	〔9〕
木屑	FeCl₃	原位	PMS	双酚A（BPA）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	68.9%	〔17〕
花生壳	FeCl₃	原位	PDS	磺胺吡啶（SPY）	SO₄ ^·-和·OH	97.6%	〔18〕
肉豆蔻	K₂FeO₄	原位	PMS	对羟基苯甲酸（HBA）	SO₄ ^·-、·OH、O₂ ^·-和¹O₂	100%	〔19〕
玉米秸秆	FeCl₃	原位（共沉淀法）	PDS	SMT	SO₄ ^·-和·OH	99%	〔20〕
稻壳	Fe₃O₄	原位（共沉淀法）	PDS	海洋沉积物（PAEs）	SO₄ ^·-	83%	〔21〕
污泥	FeCl₃	浸渍	PDS	酸性橙G（OG）	SO₄ ^·-和·OH	99.33%	〔22〕
小麦	FeSO₄	浸渍	PDS	酸性橙7（AO7）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	100%	〔23〕
污泥	FeCl₃	浸渍	PDS	活性蓝19（RB19）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	80%	〔24〕
豆渣	FeCl₃	浸渍	PDS	罗丹明B（RhB）	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	100%	〔25〕
木屑	Fe（NO）₃	浸渍（微波法）	PDS	酸性红88（AR88）	·OH和SO₄ ^·-	98.84%	〔26〕
玉米秸秆	CoFe₂O₄	浸渍（超声法）	PMS	BPA	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	80%	〔27〕
稻壳	纳米级零价铁（nZVI）	液相还原法	PDS	壬基酚（NP）	SO₄ ^·-和·OH	96.2%	〔28〕
玉米芯	nZVI	液相还原法	PMS	SPY	SO₄ ^·-、·OH和¹O₂	100%	〔29〕
洋麻杆	nZVI	液相还原法	PDS	BPA	SO₄ ^·-	98%	〔30〕
黍糠	nZVI	液相还原法	PDS	RB19	SO₄ ^·-和·OH	93.81%	〔31〕
香蕉皮	FeSO₄	水热碳化	PDS	BPA	SO₄ ^·-和·OH	100%	〔32〕
玉米	MnFe₂O₄	水热碳化	PMS	金橙Ⅱ（AO2）	SO₄ ^·-、·OH、O₂ ^·-和¹O₂	100%	〔33〕
竹材	Fe₃O₄	湿化学法	PDS	多环芳烃（PAHs）	SO₄ ^·-	86%	〔34〕
竹材	CuFe₂O₄	溶胶凝胶法	PDS	邻硝基氯苯（o-NCB）	O₂ ^·-、SO₄ ^·-和·OH	80%	〔35〕

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