Page 27 - 《精细化工》2021年第7期

第 7 期 王 郑，等: 改性生物炭活化过硫酸盐应用及机理研究进展 ·1309·

引入可以进一步提高 PMS 活化性能，这可能归因于 特性，通过调整电子分布以及加速电子传输速率等
SnO 2 作为半导体加速了电子的转移。复合材料展示 方式引入不同的活性位点；而负载金属（氧化物）
了优异的稳定性和可重复使用性，第 5 次循环后， 后，尤其是纳米粒子可以更好克服其团聚问题，使
SIZ 的去除率仍超过 90%。 其稳定分散在 BC 上，从而增加表面积和活性位点。
改性 BC 活化 PS 对有机污染物去除效果见表 1。 然而非金属掺杂改性的效果受掺杂条件影响，如过
无论是非金属杂原子的掺杂改性还是金属及其氧化 量的掺杂可能导致堵塞 BC 的孔隙，减少催化位点；
物的修饰都可以增加 BC 表面的活性位点，提升 BC 金属的负载虽可为 BC 带来磁性更利于回收，减少
的吸附和活化性能。从改性机理的角度分析，二者 了金属离子的溢出，但仍不可避免金属离子的溢出风
有所区别：非金属元素的掺杂会改变 BC 表面化学 险，尤其是对重金属离子的毒性必须加以重视。

表 1 改性 BC 活化 PS 对有机污染物去除效果
Table 1 Removal effect of modified BC activated PS on organic pollutants
改性方法 生物质原料 活化体系 目标污染物 去除率 参考文献
酸碱改性 稻壳 HF-BC/PDS AO7 99.8% [19]
杂原子掺杂 N 苎麻丝 PGBF-N/PMS TC 89.1% [23]
咖啡渣 N-PC/PMS BPA >95% [24]
S 市政污泥 SSB/PMS BPA 93.6% [25]
SSB/PDS 92.5%
B 小麦秸秆 B-KBC/PDS SMX 94% [26]
共掺杂 Se、N 细菌细胞 Se/N-BC/PMS PE 99.2% [29]
N、S 花生壳 N/S-BC/PDS DEP 86% [30]
Fe、N 小麦秸秆 Fe/N-BC/PDS AO7 100% [32]
Cu、N 木屑 Fe/N-BC/PMS BPA 68.9% [33]
葡萄糖 N/Cu-BC/PDS TC 100% [34]
金属及金属 ZVI 水稻秸秆 nZVI/BC/PDS 一氯苯 98.8% [35]
氧化物 黄芪残渣 nZVI/BC/PDS TC 97.68% [36]
市政污泥 ZVI/SDBC/PDS AO7 99.0% [37]
椰壳 RMBC/PDS AO7 100% [38]
竹粉 nZVI/BC/PDS SDZ 100% [39]
油菜秸秆 MRSB/PDS TC 98.2% [40]
Co 小麦秸秆 CoBC/PMS ATZ >99% [42]
Cu 玉米秸秆 Cu/BC/PDS TC 72.6% [43]
多金属复合 Fe、Mn 竹粉 MMBC/PDS TC 93% [46]
材料 CoFe 2O 4 市政污泥 CoFe 2O 4@BC/PDS BPA 95.8% [48]
FeMgO 玉米秸秆 FeMgO/BC/PDS SMT 99% [49]
Co 3O 4-SnO 2 水稻秸秆 Co 3O 4-SnO 2/RSBC/PMS SIZ 98% [50]

2 BC 改性对活化机制的影响 木质素分子等在高温热解时 C—C、C—O 等化学键
发生断裂有关，而且酚类和醌类等物质与金属离子
2.1 活性位点 间会发生电子转移 [53] 。PFRs 的活性也与温度密切相
BC 表面的持久性自由基（PFRs）、含氧官能团 关，ZHANG 等 [54] 研究表明， PFRs 在 500 ℃时会
（简称 OFGs）、缺陷结构等都可以有效活化 PS 产 产生峰值，而在 600 ℃时会逐渐分解，波形信号在
生不同的活性物种氧化水中难降解有机污染物。BC 700 ℃时完全变形。
与其他碳材料不同，在中低温热解温度下（<700 ℃） OFGs 包括羧基、羟基和羰基等，其类型与制备
BC 表面形成的 PFRs 不仅可以激发活化 PS，本身也 时热解温度、停留时间和生物质原料的各种元素直
–
可以直接降解有机物 [51] 。与传统的 SO 4 •和•OH 相比， 接相关。随着热解温度的升高，表面酸性官能团如
PFRs 是由 C 原子和 O 原子为中心的自由基，导致 醚键、羰基、甲基和亚甲基等都会逐渐消失 [55] 。缺
其氧化能力较弱，在环境中可以拥有数小时到几天 陷结构也是活化 PS 的重要活性位点之一，BC 的缺
的半衰期 [52] 。PFRs 的形成机制不仅与生物质组分如 陷结构会与 PS 分子相互作用并削弱其 O—O 键能，