我校环境污染治理研究团队在Chinese Chemical Letters发表封面论文

作者:陈怡 来源:食品与生物工程学院 发布时间:2022-09-21 浏览次数:300

近日,食品与生物工程学院谷晋川教授带领的环境污染治理研究团队,在国际著名期刊《Chinese Chemical Letters》(IF=8.455)上发表题为“A natural manganese ore as a heterogeneous catalyst to effectively activate peroxymonosulfate to oxidize organic pollutants”的封面论文。文章第一作者为谷晋川教授,通讯作者为陈怡博士。

纺织废水是水污染防治的重点对象,其中,染料废水占纺织废水总量的80%。该废水具有有机物浓度高、色度高、毒性强及难降解等特点。基于硫酸根自由基的高级氧化技术能实现快速对染料废水中污染物质的降解,对于该类废水可生化性的提高和达标排放具有重要意义。基于硫酸根自由基的多相过渡金属催化氧化技术,因催化剂易于分离和重复使用,具有较好的发展前景。但催化剂是将载体和活性组分有机组合而得,制备过程复杂,易造成环境污染。因此,开发一种简单、环保的催化剂合成技术和具有催化双金属氧化物性能的天然材料至关重要。

为此,基于将载体与活性组分为一体的思路,提出了一种含铁、锰元素的天然锰矿石作为PMS活化催化剂的催化氧化方法,对催化能力和稳定性进行了评价;对催化剂进行了系统表征,并以橙黄II (OII)为代表污染物进行了一系列催化试验,以确定影响催化能力的主要条件和主要活性组分,提出了一种简单的PMS分解和OII的降解和矿化机理。该系列相关的其他研究成果,还分别公开发表在《RSC Advances》和《应用化工》(CSCD)期刊上。

研究表明:

1、研究的三种类型锰矿石主要成分是 MnCO3,MnO2和Mn2O3,其催化活性由高到低,以MnCO3为主要成分的矿石锰浸出较高,浓度超过了 2mg/L。

2、天然锰矿/PMS体系适用于较宽的pH范围,且常温下的催化剂仍有优异的催化氧化性能,较高浓度的橙黄Ⅱ初始浓度,会使污染物的降解速率下降,在处理 50min 后橙黄Ⅱ的脱色率可达92%;天然锰矿/PMS体系反应符合伪一级动力学模型,热力学研究表明反应的活化能32.60KJ/mol;通过自由基猝灭剂间接确定反应的主要活性氧物质是羟基自由基,超氧自由基,可能存在硫酸根自由基和单线态氧;锰矿催化剂具备较好的稳定性;XPS 表征表明部分低价锰和铁向高价转变,这可能有利于 PMS 激活与 Mn(III)/Mn(IV)和 Fe(II)/Fe(III)循环;根据 GC-MS 结果提出了橙黄Ⅱ可能的降解途径,在羟基自由基和超氧自由基的作用下,橙黄Ⅱ经历了偶氮键断裂、萘和苯的开环反应,从大分子物质分解为小分子的过程。

3、焙烧有助于锰矿/PMS体系催化氧化性能的提高;反应在不同浓度下反应的动力学符合伪一级动力学模型,热力学研究表明反应的活化能为28.3KJ/mol。通过自由基猝灭剂间接确定反应的主要活性氧物质仍是羟基自由基,超氧自由基,可能存在硫酸根自由基,单线态氧;焙烧锰矿的稳定性较好;根据 GC-MS 检测的中间产物推断出橙黄Ⅱ逐渐被分解为小分子量物质的过程。

Fig. 1. Cover image.

Fig. 2. (a) A series of results for DFT calculations; (b) the charge difference distribution (CDD) of different PMS adsorption models.

Fig. 3. Schematic illustration of PMS activation mechanism for AO7 degradation in CNMO/PMS system.


原文链接

https://doi.org/10.1016/j.cclet.2022.01.029

https://doi.org/10.1039/D2RA02970G


作者简介


谷晋川,博士,西华大学食品与生物工程学院教授,硕士研究生导师。一直致力于环境污染治理、环境材料、废弃物资源化和难处理废水催化氧化技术研究。先后主持或参与国家、省部级及其他项目60余项,发表论文80余篇,SCI、EI、CSCD收录34篇,主编或参编出版教材和专著5部,获发明专利5项,编写行业标准1项。获部级科技成果三、四等奖各一次,二等奖三次,2016年获四川省科技进步二等奖1项。四川省环境科学学会理事暨四川省固体废物处理专业委员会副主任,四川省生态文明促进会专家咨询委员会专家、常务理事,四川省循环经济促进会专家咨询委员会专家,成都市环境科学学会常务理事暨成都市环境执法专委会副主任,四川省普通本科高等学校环境科学与工程类专业教学指导委员会委员,四川联合环保装备产业技术研究院常务理事、副院长,四川省科技协同创新促进会碳中和专家委员会专家,四川省节能协会节能环保产业技术专家委员会专家。

陈怡,工学博士,西华大学食品与生物工程学院环境工程系讲师,主要研究方向为环境材料及其在水污染防治中的应用。参与国家级和省部级课题9项,其他课题7项。发表论文10余篇,其中作为第一作者或通讯作者发表SCI论文7篇,包括JCR一区top期刊3篇。授权申请发明专利3项,实用新型专利2项。

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编审:曾益