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综述:非均相类芬顿催化剂的制备策略及其降解水中有机污染物的机理
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月03日 来源:Inorganic Chemistry Communications 4.4
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本综述系统探讨了非均相类芬顿催化剂(HFCs)的设计策略与作用机制,重点围绕活性位点优化、稳定性提升、电子传递增强及活性氧物种(ROSs)生成调控展开。通过形态控制、元素掺杂、复合材料构建、外场辅助(光/电/超声)及熔盐法制备等技术,显著提升催化剂在高级氧化工艺(AOP)中的效能,为有机污染物(如难降解毒害物质)的靶向降解提供理论支撑,兼具环境友好性与工程应用潜力。
非均相类芬顿催化(Heterogeneous Fenton-like Catalysis, HFCs)技术因其高效、低成本特性,已成为水中有机污染物降解的核心手段。其效能取决于催化剂的设计,涉及活性位点调控、稳定性强化及电子传递优化等关键环节。
过渡金属元素掺杂
过渡金属(如Cr、Co、Cu等)凭借(n-1)d1-10 ns1-2电子构型,通过空d轨道增强催化活性。例如,Cu掺杂可加速Fe2+/Fe3+循环,促进H2O2活化生成·OH自由基。
生物碳(BC)材料形貌调控
以废弃物衍生的BC为载体,其负电性及多孔结构可锚定金属颗粒,抑制团聚。通过调控孔道结构与表面官能团,显著提升污染物吸附与电子转移效率。
无机材料复合体系
采用SiO2或Al2O3等惰性载体固定活性组分,利用其亲水性及化学稳定性,实现金属均匀分散。例如,Fe3O4@SiO2核壳结构可减少铁溶出,延长催化剂寿命。
外场辅助技术耦合
光/电/超声场协同可突破传统反应限制。紫外光激发催化剂产生电子-空穴对,而超声空化效应促进·OH扩散。交替磁场诱导的磁热效应还能加速Fe3+还原。
熔盐法制备缺陷工程
在100-1000℃熔盐介质中,通过调节盐类比例可定向引入氧空位或金属缺陷。此类缺陷作为电子陷阱,显著提升PMS活化效率,生成·SO4-等高活性自由基。
选择性氧化机制
污染物降解路径取决于ROSs类型(如表面束缚态·OH或游离·O2-)及其氧化电位。富电子污染物易受亲电性·OH攻击,而缺电子化合物则与亲核性1O2反应。
尽管HFCs在难降解污染物处理中展现优势,仍面临金属浸出、宽pH适应性不足等挑战。未来需开发智能响应材料,并探索其与膜分离等技术的联用,以推动实际应用。
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