铜氮共掺杂生物炭活化过一硫酸盐降解盐酸四环素的研究

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收稿日期：2024-12-24 修回日期：2025-01-13 接受日期：2025-02-15

DOI:10.20078/j.eep.20250302

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摘要：随着工业化和科技的快速发展,抗生素废水污染已成为人类面临的重大环境问题。针对原始生物炭(BC)材料因缺乏金属活性位点和固有理化特性限制,而难以应对复杂抗生素废水处理的挑战,采用两步煅烧法制备氯化铵(NH4Cl)改性的铜氮共掺杂生物炭(Cu-... 展开+

摘要：

随着工业化和科技的快速发展,抗生素废水污染已成为人类面临的重大环境问题。针对原始生物炭(BC)材料因缺乏金属活性位点和固有理化特性限制,而难以应对复杂抗生素废水处理的挑战,采用两步煅烧法制备氯化铵(NH4Cl)改性的铜氮共掺杂生物炭(Cu-N5),并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)以降解水体中的盐酸四环素(TCH)。实验结果表明,在相同条件下,Cu-N5表现出优异的降解性能,60min内对TCH的去除率可达78.95%,相较于原始BC提高了29.09%。一阶反应动力学常数计算显示,Cu-N5的反应速率最快(k=0.02588min−1)。通过对反应参数的优化,在[TCH]=10mg/L条件下,最具经济性的实验条件为[Cu-N5]=0.2g/L,[PMS]=1.0mmol/L,pH=7。影响因素实验表明,Cu-N5/PMS体系具有良好的抗干扰能力和实际应用潜力,在多种阴离子和腐殖酸共存条件下仍能保持较高的降解活性。此外,Cu-N5对常见污染物,如罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)、环丙沙星(CIP)和土霉素(OTC)也表现出良好的去除效果,表明其具有较广的适用性。机理分析揭示,在Cu-N5/PMS/TCH体系中,自由基途径几乎未参与反应,而非自由基途径(如单线态氧1O2和高价金属物种)是TCH降解的主要机制。

收起-

作者：

周凌风^1,2
李腾²
张娱^1,*
刘智峰^2,*

作者简介

第一作者：周凌风(1998—),男,贵州遵义人,硕士研究生,主要研究方向为过一硫酸盐高级氧化技术去除抗生素废水。E-mail:lingfengzhou@hnu.edu.cn
李腾(1998—),男,山东菏泽人,硕士研究生,主要研究方向为高级氧化去除有机污染物。E-mail:136479714@qq.com
通讯作者：张娱(1984—),女,湖南岳阳人,讲师,主要研究方向为中药废物资源化。E-mail:zhangyu19432@163.com
刘智峰(1983—),男,湖南邵阳人,教授,主要研究方向为有机固体废物处理与资源化、水污染控制、污染土壤/湿地修复。E-mail:zhifengliu@hnu.edu.cn

单位

1. 陕西中医药大学陕西中药资源产业化省部共建协同创新中心,陕西咸阳 712046
2. 湖南大学环境科学与工程学院,湖南长沙 410082

关键字

抗生素废水
氯化铵改性
铜氮共掺杂生物炭
过一硫酸盐活化
盐酸四环素
非自由基途径

基金项目

国家自然科学基金资助项目(51979103);湖南省自然科学基金资助项目(2022JJ10011,2022JJ40077);陕西中医药大学秦药特色资源研究开发重点实验室开发课题资助项目(KF202334);陕西省教育厅重点科学研究计划资助项目(23JY026)

引用格式

周凌风, 李腾, 张娱, 等. 铜氮共掺杂生物炭活化过一硫酸盐降解盐酸四环素的研究[J]. 能源环境保护, 2025, 39(2): 95−108.

ZHOU Lingfeng, LI Teng, ZHANG Yu, et al. Degradation of Tetracycline Hydrochloride by Peroxymonosulfate Activation Using Cu/N Co-Doped Biochar[J]. Energy Environmental Protection, 2025, 39(2): 95−108.

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