该研究开发了一种由煤泥衍生的氮掺杂碳材料(N-SC),用于活化过硫酸盐(PMS)以高效降解水中的双酚A(BPA)。研究通过酸洗和高温活化处理煤泥,并以三聚氰胺为氮源进行掺杂,制备出具有丰富表面缺陷和活性位点的N-SC催化剂。实验表明,N-SC在PMS活化过程中表现出优异的催化性能,能够通过自由基和非自由基途径高效降解BPA,最终将其矿化为CO₂和H₂O。此外,N-SC在复杂水质条件下(如含Cl⁻、NO₃⁻和CO₃²⁻的废水)仍能保持高降解效率,并展现出良好的循环稳定性。
酚类化合物(如BPA)是常见的水污染物,具有内分泌干扰性,对生态系统和人类健康构成威胁。
煤泥是洗煤副产品,富含碳且成本低廉,但此前其作为催化剂的潜力未被充分挖掘。
N-SC在150分钟内实现100%的BPA降解,显著优于未掺杂的煤泥碳(SC)和其他杂原子(硫、磷、硼)掺杂材料。
非自由基途径:¹O₂为主导(贡献率56.45%),通过电子转移直接氧化BPA。
在含常见阴离子的废水中表现稳定,且通过高温再生后催化活性恢复至97.62%。
通过三聚氰胺掺杂调控表面电子结构,显著提升催化活性(比未掺杂SC提高15-25%)。
该研究成功开发了一种低成本、高性能的N-SC催化剂,通过氮掺杂和表面功能化显著提升了煤泥碳的PMS活化能力。N-SC在BPA降解中表现出优异的催化效率、稳定性和环境适应性,为水中有机污染物的治理提供了可持续的解决方案。
1. 扩展应用:探索N-SC对其他新兴有机污染物(如抗生素、染料)的降解效果。
3. 机理深化:进一步研究氮掺杂类型与催化活性的构效关系,指导催化剂设计。
4. 复合催化剂:尝试与其他非金属材料(如生物炭)复合,进一步提升性能。
5. 实际废水验证:在真实工业废水环境中测试N-SC的长期稳定性和经济性。
马建超:教授,天津大学博士,科廷大学访问学者,阿德莱德大学高级访问学者,山西省“三晋英才”青年优秀人才,山西省优秀青年学术带头人,孙越崎(二十九届)青年科技奖和山西省教授协会“科技兴晋突出贡献专家”获得者,现任太原理工大学矿业工程学院矿业实验中心主任。马建超教授长期从事矿山固废和废水处理的研究和开发工作,研究方向为煤基固废综合利用、有机高浓度氨氮废水处理和矿井水治理。围绕膨润土、煤矸石新型利废新材料理论及其应用方面制备出了具有絮凝沉降特性的磁性材料和煤矸石胶结材料,将纳米技术和矿物材料紧密结合在一起,实现了煤基固废和煤伴生矿物的高值化利用。先后主持了国家自然基金、国家科技重点研发计划子课题、山西省重点、山西省基金、中国清洁发展机制基金等项目,荣获山西省科学技术发明奖二等奖(排名第1)和山西省科学技术进步二等奖(排名第1),发表学术论文30余篇,授权国家发明专利10余项,出版专著1部。
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