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潘丙才教授课题组在强化芬顿处理技术方面取得新进展

       基于Fe(II)与H2O2构建的芬顿技术是最为经典的废水处理技术之一,但较窄的pH适用范围(pH = 2-3.5)和大量铁泥的产生与后处理是困扰该技术大范围推广应用的主要技术瓶颈。导致这两大技术瓶颈的关键原因是芬顿体系中Fe(III)还原为Fe(II)的速度极慢。针对这一问题开发的光/电-芬顿耦合体系、均相络合强化芬顿体系、还原剂强化芬顿体系近年来取得了良好进展,但仍存在诸如成本高、毒性大、需外加有机物等缺点。
       我院潘丙才教授课题组多年来一直从事基于环境纳米材料的水处理新技术研发与应用工作。近日,课题组成功构建基于功能化碳纳米管的类芬顿强化体系,实现了各类难降解污染物(阿特拉津、硝基苯、苯甲酸及对氯酚)快速高效去除。少量功能化碳管的加入(20 mg/L)使得mg/L级别的阿特拉津去除速率较传统Fenton技术提高了20多倍。体系中三价铁投加量仅为2 mg/L,水中残留铁量小于1 mg/L,最佳pH的应用范围提高到4-5。相同条件下该体系对阿特拉津的去除率甚至比二价铁芬顿体系提高近32%。同时,循环再生实验确认简单的水/醇冲洗就可以保持碳管的高活性与重复利用性能。
       该论文进一步证实羟基自由基(HO•)是污染降解的主要活性物种,碳管表面络合的三价铁是产生HO•的主要位点,可被H2O2高效还原。通过构效关系的研究,发现碳管表面羧基对三价铁的络合还原起到关键作用。该论文提出了一种实现芬顿体系中Fe(III)-Fe(II)快速循环的新方式,为非均相络合强化芬顿技术的研发提供了新思路。
图1. 功能化碳管强化类芬顿体系中Fe(III)/Fe(II)快速循环的机制

       这一研究成果近日在线发表于环境学科国际著名期刊Water Research (DOI: 10.1016/j.watres.2018.03.006),论文第一作者为博士研究生杨志超,通讯作者为潘丙才教授。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等资助。

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