过氧化物微调控铜铈双反应中心催化剂诱发氧活化驱动水净化

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收稿日期：2024-11-28 修回日期：2024-12-23 接受日期：2024-12-25

DOI:10.20078/j.eep.20250102

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摘要：水中难降解有机污染物结构稳定且具有生物毒性,严重威胁水生态安全和人类健康。传统水处理工艺往往需要依靠大量外部能源和氧化剂来实现污染物的降解,这成为水净化难点。本文提出通过一种表面电子非均匀分布的铜铈氧化物双反应中心(DualReaction... 展开+

摘要：

水中难降解有机污染物结构稳定且具有生物毒性,严重威胁水生态安全和人类健康。传统水处理工艺往往需要依靠大量外部能源和氧化剂来实现污染物的降解,这成为水净化难点。本文提出通过一种表面电子非均匀分布的铜铈氧化物双反应中心(DualReactionCenters,DRCs)催化剂(CCO)与微量诱发剂作用驱动水中内源物质能量利用创新策略实现低能耗水净化。结构表征和密度泛函理论(DFT)计算证实,Cu—O—Ce键桥的形成诱发表面电子极化分布,从而提高了催化活性。在微量过一硫酸盐(PMS)调控下,在5min内CCO体系即可实现多种难降解有机污染物(如酸性橙7和环丙沙星等)100%去除,且在宽pH范围(3~11)及复杂阴离子共存条件下均表现出优异的适应性和稳定性。对于实际餐厨废水,CCO体系仍能在5min内实现快速净化。结果表明,微量PMS能够诱发水中惰性溶解氧(DO)在CCO表面富电子中心“1电子”定向微活化,驱动污染物在贫电子中心供电子裂解,有效提升体系中污染物能量的利用,避免了DO多电子还原过程中电子和能量的损耗,为开发低碳、高效的水处理技术提供了新思路。

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作者：

方谦¹
杨东旋¹
孙英涛¹
付紫薇²
吴沅忠²
曹文锐^1,3,*
胡春¹
吕来^1,2

作者简介

第一作者：方谦(2000—),男,云南曲靖人,硕士研究生,主要研究方向为多相催化水处理新技术研发与应用。E-mail:1904100102@e.gzhu.edu.cn
杨东旋(1998—),男,广东梅州人,博士研究生,主要研究方向为新型低能耗水处理技术和功能材料的开发。E-mail:yangdongxuannic@163.com
通讯作者：曹文锐(1995—),男,安徽六安人,特聘副研究员,主要研究方向为高效低耗新型高级氧化水处理技术。E-mail:caowenrui@gzhu.edu.cn

单位

1. 广州大学大湾区环境研究院珠江三角洲水质安全与保护教育部重点实验室,广东广州 510006
2. 广州大学环境科学与工程学院,广东广州 510006
3. 香港城市大学化学系,香港 999077

关键字

过氧化物微调控
双反应中心
溶解氧活化
低消耗
水净化

基金项目

广东省重点领域研发计划项目纳米科技专项(2023B0101200004);国家自然科学基金资助项目(面上52470069);广州大学研究生创新能力培养计划(JCCX2024-058)

引用格式

方谦, 杨东旋, 孙英涛, 等. 过氧化物微调控铜铈双反应中心催化剂诱发氧活化驱动水净化[J]. 能源环境保护, 2025, 39(1): 135−144.

FANG Qian, YANG Dongxuan, SUN Yingtao, et al. Peroxide-Micro-Modulated Dual Reaction Center Catalyst Inducing Oxygen Activation for Water Purification[J]. Energy Environmental Protection, 2025, 39(1): 135−144.

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