晶体硼增强碳包覆纳米零价铁活化过硫酸盐降解四环素的抗钝化机制研究

《Journal of Colloid and Interface Science》：Crystalline boron-boosted Fenton-like activation of persulfate by carbon-coated nano zero-valent iron for efficient degradation of tetracycline

本文构建了晶体硼(Boron)与碳包覆纳米零价铁(Fe0@C)协同活化过硫酸盐(PDS)的新型芬顿体系，通过硼的电子传递作用加速铁离子氧化还原循环，有效抑制nZVI反应过程中的离子沉积钝化，实现四环素(TC)的高效降解，为纳米零价铁基高级氧化工艺(AOPs)的抗钝化设计提供了新策略。

　　

¹化学品与材料

四环素（TC，≥96%）、七水合硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O，≥99.9%）、5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO，≥97%）等试剂来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。晶体硼（99.9%）、商用纳米零价铁（50纳米，99.9%）、碳酸氢钠（NaHCO₃，≥99.8%）等试剂购自国药集团化学试剂有限公司。过二硫酸钠（PDS，Na₂S₂O₈，≥99.9%）和甲醇（MeOH，≥99.9%）购自德国Sigma-Aldrich公司。实验用水均为超纯水（18.2 MΩ·cm）。

²硼在Fe⁰@C/PDS体系中的共催化活性

通过以四环素（TC）为目标污染物，评估了硼对Fe⁰@C诱导PDS活化的促进作用。如图1a所示，单独使用PDS时TC的降解去除率在反应15分钟后仅为6.4%，这可能是由于PDS自身分解对TC的氧化作用。当使用硼活化PDS时，TC的去除效率并未提升，表明硼不能直接活化PDS，这与以往研究结果一致。有趣的是，Fe⁰@C/PDS体系在1分钟内可实现TC的完全降解，而引入晶体硼后，Boron/Fe⁰@C/PDS体系更是展现出超高效的降解性能，能在1分钟内彻底去除TC。这一现象提示我们，硼可能通过某种巧妙的机制放大了Fe⁰@C的催化潜力。

³结论

纳米零价铁（nZVI）的表面钝化（包括空气钝化和反应过程中铁离子沉积诱导的钝化）降低了其活化过硫酸盐的效率。本研究构建了基于晶体硼和Fe⁰@C的共催化体系。晶体硼作为绿色电子供体，可通过加速反应体系中铁离子的氧化还原循环来抑制铁离子在nZVI表面的沉积，使得nZVI能够持续释放亚铁离子并实现PDS的长期高效活化。