Page 61 - 《精细化工》2022年第1期

第 1 期 陈冠益，等: 污泥生物炭基催化剂在高级氧化水处理的应用 ·51·

表 2 污泥生物炭基催化剂在芬顿和类芬顿体系中的应用
Table 2 Application of sludge biochar-based catalysts in Fenton system
去除率 活性 参考
催化剂名称 催化剂制备方法 污染物 水处理反应条件
/% 物种 文献
–
SBC 污泥和高岭土以 m( 污泥 ) ∶ m( 高岭 环丙沙星 ρ(环丙沙星 )=10 mg/L, ρ(SBC)= 90.0 •OH 和 O 2 • [37]
土)=8 : 1 混合，随后加入水〔w(水)=20%〕 0.2 g/L, c(H 2O 2)=10 mmol/L, pH=
进行球磨，通过月桂基硫酸钠表面活性 4.0, t = 240 min
剂调整后得到混合浆料，并于 N 2 气氛下
1100 ℃煅烧 30 min
污水污泥 将污泥样品在 N 2 气氛下，以 300 W 的微 三氯乙烯 ρ(三氯乙烯)=10 mg/L, ρ(生物炭)= 83.0 •OH [39]
生物炭 波功率辐照 30 min 0.5 g/L, c(H 2O 2)=20 mmol/L, pH=
3.1, t=120 min
生物炭- 原污泥通过赤泥和芬顿试剂脱水处理 4-氯苯酚 c(4-氯苯酚)=0.78 mmol/L, ρ(生物 100.0 •OH [38]
芬顿-RM 后，在 N 2 气氛下 800 ℃煅烧 60 min 炭 )=2 g/L, c(H 2O 2)=20 mmol/L,
pH=2.0, t=120 min
MBC 铁基污泥 和生物污泥 按照 m( 铁 亚甲基蓝 ρ(亚甲基蓝) = 100 mg/L, ρ(生物 98.0 •OH [19]
泥) : m(生物污泥)=1 : 2 混合后，进行水 炭) = 1 g/L, c(H 2O 2) = 1 mL/L, 酸
热炭化，抽滤收集产物并在–40 ℃下冷冻 性 pH, t = 12 min
干燥 24 h
–
TiO 2/Fe/Fe 3C- 将不同比例的污泥、FeCl 3、Ti(OBu) 4、 亚甲基蓝 模拟日光, ρ(亚甲基蓝)=200 mg/L, ~98.4 •OH 和 O 2• [35]
生物炭 壳聚糖和戊二醇等混合后，经过絮凝、 ρ( 催化剂 )=1 g/L, c(H 2O 2)=
过滤和干燥后，将产物在 N 2 气氛下 0.85 mol/L，pH = 6.7, t = 300 min
800 ℃热解 1 h
Fe/C-850 将 FeCl 3•H 2O 和污泥混合不同比例干燥 对硝基苯 紫外光，ρ(对硝基苯酚)=50 mg/L, ~99.0 •OH [40]
后于 850 ℃下煅烧 2 h 酚 ρ( 催化剂 )=1/3 g/L, c(H 2O 2)=6.5
mmol/L, t = 30 min
罗丹明 B ~100.0 •OH
注：SBC 为污水污泥生物炭；生物炭-芬顿-RM 为芬顿-赤泥复合改性生物炭；Fe/C：污泥基铁炭复合材料。

总之，污泥生物炭所含丰富的铁组分是主要的 H 2 O 2 + hν → 2•OH （13）
2+
3+
芬顿反应活性位点。同时，污泥生物炭表面的 PFRs Fe + H 2 O 2 + hν → Fe + HO 2 • + H + （14）
也在 H 2 O 2 活化过程中起到重要作用。污泥生物炭的
类芬顿反应机制如图 3 所示：（1）非均相反应：表
面多价态铁位点直接活化 H 2 O 2 产生•OH，式（5）~
（7），其中≡Fe 代表催化剂表面分布的铁位点；（2）
2+
均相反应：酸性条件下，表面浸出的 Fe 活化 H 2 O 2
生成•OH，式（8）~（12）；（3）表面 PFRs 通过单
电子转移过程直接活化 H 2 O 2 产生•OH；（4）光芬顿
体系中，光辐射可促进 H 2 O 2 的分解并产生•OH，同
2+
时也能改善 Fe 的再生，式（13）、（14）。（5）•OH
作为芬顿体系中主导的活性物种，攻击污染物使其分
解。此外，污泥生物炭的多孔结构和大比表面积能
够促进污染物的吸附，进一步增强污染物的去除效果。
2+
+
3+
≡Fe + H 2 O 2 + H → ≡Fe + H 2 O + •OH （5）

2+
3+
≡Fe + H 2 O 2 → ≡Fe + HO 2 • + H + （6） 图 3 污泥生物炭在芬顿体系的作用机制
Fig. 3 Mechanism of sludge-based biochar in Fenton system
3+
2+
+
≡Fe + HO 2 • → ≡Fe + O 2 + H （7）
2+
0
+
Fe + 2H → Fe + H 2 （8） 2.3 过硫酸盐体系
+
2+
3+
Fe + H 2 O 2 + H → Fe + H 2 O + •OH （9） 过硫酸盐氧化技术是基于过硫酸盐活化实现污
2+
3+
0
Fe + 2Fe → 3Fe （10） 染物的降解。过硫酸盐包括过一硫酸盐（PMS）与
3+
2+
Fe + H 2 O 2 → Fe + HO 2 • + H + （11） 过二硫酸盐（PDS）。过硫酸盐氧化体系可产生硫酸
3+
2+
+
Fe + HO 2 • → Fe + O 2 + H （12） 根自由基（SO 4 •），具有更长的半衰期（t 1/2 =40 μs）
–