55 / 2023-10-13 09:02:47

纳米铁的多重调控及对有机物的高效降解

柯肯达尔效应，纳米裂纹，过硫酸盐活化，零价铁，电子转移

纳米零价铁（nZVI）是一种很有前途的过硫酸盐（PS）活化剂，然而其致密的氧化壳结构严重限制了nZVI向PS的电子转移。我们引入硫化和磷掺杂生物炭来打破nZVI原始的氧化壳，形成了含有FeS和FePO₄的混合外壳。与壳层组分相比，内部铁核原子的扩散速度更快，引发了多重柯肯达尔效应，导致空位向内流动，形成径向纳米裂纹。以去除三氯乙烯（TCE）为例，这种具有独特“柠檬片状”的纳米裂纹结构有利于电子和Fe²⁺通过混合壳向外快速转移活化PS，从而高效生成并利用活性物种，其中，-对TCE的去除贡献最大；并且SnZVI@PBC逐渐变得缺电子，进而从TCE中提取电子，实现非自由基途径降解。实验结果表明，TCE的脱氯率可达90.6%，矿化率可达85.4%。与nZVI/PS工艺相比，SnZVI@PBC/PS体系可以显著减少催化剂用量（87.5%）和PS用量（68.8%），几乎实现TCE的完全降解，且该体系具有抗干扰、稳定性好、pH适用范围广等特点。我们的工作推进了对nZVI上多重柯肯达尔效应引发纳米裂纹形成机理的理解，并相应合理地设计了用于降解有机物的类芬顿催化剂。