介孔碳包覆纳米零价铁（nZVI@PRC）高效活化PMS降解2,4-DCP的机制及生命周期评估研究

针对地下水中难降解有机污染物2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的治理难题，研究人员开发了介孔碳包覆纳米零价铁（nZVI@PRC）复合材料，构建了高效活化过一硫酸盐（PMS）的氧化体系。研究表明，该体系通过非自由基途径（1O2主导）和自由基途径（SO4•?/HO•辅助）协同作用，在pH 3-9范围内实现2,4-DCP高效降解，生命周期评估（LCA）证实其环境友好性，为地下水修复提供新策略。

　　

氯酚类化合物是地下水中典型的持久性有机污染物，其中2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）因其致癌性、生物累积性和环境持久性被美国EPA列为优先控制污染物。工业排放导致其在长江、黄河等流域浓度高达19.9 μg/L，传统生物降解效率低下，而现有高级氧化技术（AOPs）存在成本高、pH适用范围窄等问题。针对这一挑战，四川大学的研究团队设计了一种新型介孔碳包覆纳米零价铁复合材料（nZVI@PRC），通过活化过一硫酸盐（PMS）构建高效降解体系，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用软模板热解法合成nZVI@PRC，结合淬灭实验、电子顺磁共振（EPR）、X射线光电子能谱（XPS）和电化学测试揭示反应机制，并运用密度泛函理论（DFT）计算和生命周期评估（LCA）进行系统性评价。实验选用真实地下水样本，通过总有机碳（TOC）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）监测降解效果。

材料表征与吸附性能
nZVI@PRC呈现典型的IV型吸附等温线，比表面积达621 m²/g，介孔结构（3.8 nm孔径）和石墨化碳壳有效防止nZVI氧化团聚。XPS显示Fe⁰/Fe²⁺/Fe³⁺循环存在，氮掺杂碳层促进电子转移。

降解机制
在pH 3-9范围内，2,4-DCP去除率达92.1%。EPR和化学探针证实非自由基途径（¹O₂贡献率76.3%）为主导，而SO₄^•?和HO^•通过Fe⁰→Fe³⁺→Fe²⁺循环辅助降解。DFT计算表明碳壳的吡啶氮位点优先吸附PMS生成¹O₂。

环境评估
LCA显示nZVI@PRC/PMS系统对生态系统、空气质量和水资源的影响显著低于传统芬顿法，归因于催化剂可重复使用性和低铁溶出（<0.1 mg/L）。

该研究创新性地将介孔碳稳定化nZVI与PMS活化相结合，突破了传统AOPs的pH限制，通过多机制协同实现高效降解。LCA结果为其工程化应用提供环境可行性依据，对复杂组分地下水修复具有重要指导价值。研究不仅阐明了非自由基途径的主导作用，还为设计绿色水处理材料提供了新思路。