综述：利用非贵金属掺杂碳复合材料修复邻苯二甲酸酯污染水体系统

这篇综述系统探讨了非贵金属掺杂碳复合材料（Met@C）在修复邻苯二甲酸酯（PAEs）污染水体中的应用，重点分析了其合成方法、吸附与高级氧化工艺（AOPs）的协同机制，以及通过密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟优化材料设计的策略，为低成本高效水处理技术提供理论依据。

　　

引言

碳基材料因其优异的物理化学性质成为环境修复领域的新星，但传统贵金属催化剂的高成本限制了其大规模应用。非贵金属（Fe、Co、Ni等）掺杂碳复合材料（Met@C）通过协同效应，兼具高催化活性和稳定性，成为降解邻苯二甲酸酯（PAEs）的理想选择。PAEs作为增塑剂广泛存在于塑料制品中，其环境泄漏引发的健康风险亟待解决。

Met@C的合成与特性

Met@C的合成策略包括碳基材料预修饰、原位掺杂和后修饰。其中，原位碳化法通过高温热解将金属前驱体与生物质碳源结合，形成金属纳米颗粒嵌入碳基体的结构。例如，CoFe₂O₄@碳纳米纤维（CNF）表现出优异的过一硫酸盐（PMS）活化能力，其多孔结构促进电子转移并抑制金属浸出。功能化改性（如氮掺杂）可进一步调控材料表面电荷分布，提升对低分子量PAEs（如DMP）的吸附选择性。

PAEs去除机制

吸附作用：Met@C的高比表面积和疏水特性对PAEs（如DEHP）具有强亲和力，但饱和后需再生处理。

高级氧化工艺（AOPs）：

• •

  活化氧化：CuFe₂O₄/多壁碳纳米管（MWCNTs）激活过二硫酸盐（PDS）产生硫酸根自由基（SO₄^•?），降解效率达伪一级动力学常数0.0207/min。

• •

  光催化：g-C₃N₄/Bi₂O₂CO₃在可见光下通过空穴（h⁺）直接氧化PAEs，但需解决载流子复合问题。

• •

  类芬顿反应：Fe₃O₄@石墨烯在近中性pH下生成羟基自由基（^•OH），但铁泥二次污染仍是挑战。

理论模拟与性能优化

密度泛函理论（DFT）计算揭示了金属-碳界面电荷转移路径，而分子动力学（MD）模拟显示PAEs的酯基优先吸附于Co-N₄活性位点。通过调控金属负载量（5-10 wt%）和碳层厚度，可平衡活性与稳定性。

实际应用挑战

Met@C在真实水体中面临复杂基质干扰（如Cl^?淬灭自由基），且规模化生产成本需控制在$5-10/kg。未来需开发磁性回收设计和原位再生技术，推动从实验室走向工程化应用。

结论

Met@C为PAEs污染治理提供了高效、低成本的解决方案，但其构效关系与长期稳定性仍需深入研究。跨学科合作将加速这一绿色技术落地，助力全球水环境可持续发展。