源自微塑料的Se/Ni-MoS2@PS碳材料为TCH（硫代氯苯）和Cr(VI）（六价铬）的去除提供了双重途径：一种是基于自由基的反应路径，另一种则是非自由基反应路径

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Microplastic-derived Se/Ni-MoS 2@PS carbon enables dual radical/non-radical pathways for TCH and Cr(VI) removal

　　

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  将回收的塑料废弃物转化为Se/Ni-MoS₂@PS碳催化剂。
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  定制了1 T/2H相结构，形成了Se/S空位，并增强了Ni的氧化还原性能。
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  在30分钟内实现了对TCH的完全降解和98%的Cr(VI)去除。
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  揭示了自由基和非自由基的协同作用途径。
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  在连续流和实际污水处理中保持了高效率。

引言

近几十年来， pharmaceutical生产、畜牧业、水产养殖以及重金属相关行业的迅速发展导致大量含有抗生素和重金属的废水排放到水环境中，这些废水的含量常常超过监管标准。特别值得关注的是持久性、生物累积性的四环素盐酸盐（TCH）和致癌性的六价铬[Cr(VI)的共存，这需要同时去除这两种物质以减轻严重的生态和健康风险[1]、[2]。传统的生化处理方法通常难以高效且环保地同时去除TCH和Cr(VI)，主要是因为它们的化学性质和分子结构不同[3]、[4]。因此，开发先进、高效、环保的技术系统以协同消除这些共存污染物显得至关重要。

基于过硫酸盐的先进氧化过程（AOPs）已被广泛用于同时高效去除抗生素和Cr(VI)[5]、[6]。在该过程中，生成了高活性的物种——硫酸根自由基（${\text{S}\text{O}}_4^{\mathbf{.}\text{–}}$）、超氧自由基（${\text{O}}_2^{\mathbf{.}\text{–}}$）、羟基自由基（${\text{H}\text{O}}^{\mathbf{.}}$和单线态氧（¹O₂），它们协同作用氧化有机污染物[7]。同时，Cr(VI)的还原去除主要依靠金属Ni⁰和高效的电子转移途径[8]。最近，基于MoS₂的材料作为Co基催化剂在PMS活化系统中的绿色替代品出现，因为它们具有高效率、较低的二次污染风险，并且Mo⁴⁺/Mo⁶⁺的氧化还原对促进了Ni³⁺/Ni²⁺的循环，从而维持催化活性[9]。然而，MoS₂-Ni复合材料在实际应用中仍受到其有限的内在活性和次优电子转移能力的限制，从而限制了其在PMS驱动系统中同时净化污染物的能力。

缺陷工程是一种成熟的策略，用于调整金属硫化物的内在催化活性。具体来说，将碳掺杂到MoS₂中不仅可以生成更多的表面缺陷位点以提高活性，还能促进导电的1 T/2H混合相的形成，从而促进Ni³⁺/Ni²⁺的氧化还原循环[10]、[11]。例如，Yang等人[12]证明，通过两步水热法合成的碳改性MoS₂表现出显著提高的活性。然而，传统的碳掺杂方法往往受高成本和低产量的限制，后者主要是由于热分解过程中的质量损失。在这种情况下，将富含碳的废弃物塑料回收为功能性碳材料提供了一种有前景且可持续的替代方案[13]。确实有大量研究致力于将塑料废弃物转化为碳基材料，以实现废物增值和污染物降解的双重目标[14]。此外，硒（Se）掺杂可以引入更多缺陷，并帮助建立“金属-碳-空位”界面，从而协同提升内在活性[15]。基于上述考虑，我们提出了Se/Ni-MoS₂@PS催化剂的设计假设。我们假设Ni物种将作为自由基生成的主要氧化还原中心，而Se掺杂将引入空位，调控MoS₂的电子结构并增强PMS的吸附性能。同时，来自塑料的碳基质预计将提供导电支撑，为非自由基PMS活化提供结构缺陷，并确保长期稳定性。这些组分之间的协同作用有望建立自维持的Ni²⁺/Ni³⁺和Mo⁴⁺/Mo⁶⁺氧化还原循环，实现TCH的氧化降解和Cr(VI)的还原解毒。

作为概念验证实验，我们通过塑料废弃物的催化碳化制备了/PMS系统的机制进行了研究，结合了密度泛函理论（DFT）模拟和实验验证。通过电子顺磁共振（EPR）光谱、淬灭实验和电化学分析，阐明了镍物种、1 T/2H MoS₂相以及丰富的S/Se空位的协同作用。此外，还严格评估了该催化剂的环境适用性，包括其在连续流处理和实际污水处理中的性能和效果。这项研究将塑料废弃物的增值与先进的水净化技术结合起来，建立了将固体废弃物转化为高性能环保催化剂的可持续范例。

章节摘要

材料与方法

聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）粉末（80目）由东莞胜邦聚合物材料有限公司提供。所有其他试剂均为分析纯，详见支持信息中的文本S1。

的表征

通过电子显微镜研究了催化剂的形态。SEM图像（图1b、图1c和图S1）显示，所有样品都具有由互联纳米片组成的纳米花状球形结构，粒子尺寸根据Ni/Se比例在450至470纳米之间变化。这种三维结构有助于提高质量传递并增强活性位点的暴露[16]。对代表性样品进行了详细的微观结构分析

结论

本研究开创了一种可持续的增值策略，将催化热解与缺陷工程相结合，将微塑料转化为高性能催化剂。该催化剂通过导电的1 T/2H MoS₂异相结构、促进Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原循环以及丰富的S/Se空位的设计，实现了TCH和Cr(VI的卓越协同去除。C/Se的协同掺杂优化了Ni-MoS₂

CRediT作者贡献声明

Chao Lian：概念设计、方法论、项目管理、原始稿撰写。Ming Gao：数据整理与计算、验证、项目管理、审稿与编辑。Yongli Shi：形式分析、实验研究、项目管理、审稿与编辑。Zhihang Zhang：验证。Wei Zhang：资金获取、项目管理、审稿与编辑。Kai Zhang：概念设计、方法论、监督、项目管理、撰写——

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（52470200）、中国博士后科学基金（2025M781137）、河南省青年科技决策咨询研究项目、河南省科协（SKXJCZX-2026-02C）、河南省青年人才培养计划（2026HYTP006）以及河南省重点研发与推广项目（232102320125、252102320095、252102320091）的支持。

Chao Lian|Ming Gao|Yongli Shi|Zhihang Zhang|Wei Zhang|Kai Zhang