过渡金属氧化物非均相催化过硫酸氢盐(PMS)活化及氧化降解水中污染物的研究进展

来源期刊：材料导报2018年第13期

论文作者：李晨旭 彭伟 方振东 刘杰

文章页码：2223 - 2229

关键词：高级氧化技术;非均相催化;过渡金属氧化物;过硫酸氢盐;水污染;降解;

摘    要：近年来,水体中富集的难降解污染物导致了诸多环境问题,传统水处理工艺并不能对其进行有效处理。高级氧化技术是目前处理难降解污染物的最有效方法。过渡金属氧化物非均相催化过硫酸氢盐（PMS）活化生成硫酸根自由基（SO₄^-·）处理水体中难降解污染物是近些年新兴的高级氧化技术,与以生成羟基自由基（·OH）为基础的传统高级氧化技术相比,该技术具有对pH适应范围更宽、中性条件下氧化性更强、自由基半衰期更长的优势,同时也克服了均相催化体系中金属离子的二次污染、难以重复利用的问题,受到环境领域学者的广泛关注,为去除水体中抗生素、激素等难降解污染物提供了新的思路和方法。然而,由于活性点位的减少,相较于均相催化,非均相催化的催化效率更低,同时也存在催化稳定性差、难以回收等不足。针对上述问题,近几年除了探寻对PMS的活化具有催化活性的新型过渡金属氧化物外,研究者主要从催化材料的负载、改性以及复合三方面进行尝试,并取得了丰富的研究成果,在发挥非均相催化经济、环保优势的同时,大幅提高了催化剂的催化效率及可回收性,为其步入实际应用做出了巨大的贡献。在众多过渡金属元素中,钴、铁、锰的氧化物已被证明对PMS的活化具有催化活性并得到了广泛的研究。其中,由于钴离子对PMS表现出最强的活化能力,因此对钴系氧化物研究得最早。随后,铁及锰的氧化物因环境友好、廉价易得的优势逐渐成为钴氧化物的替代品。近五年的研究工作将纳米碳、介孔材料以及金属-有机框架等引入催化剂的制备合成中,对过渡金属氧化物进行负载和改性,加强了催化材料的电子传递速度和化学稳定性,为解决催化剂的催化效率低与催化稳定性差等问题提供了有效方法。此外,以两种过渡金属元素为催化核心的二元复合材料,在降低催化剂制作成本的同时,还可以实现催化剂效能和稳定性的双重提高。文章介绍了钴系氧化物、锰系氧化物、铁系氧化物等三种能够催化PMS活化的一元非均相催化剂的研究进展,并阐述了二元复合催化剂的研究现状,总结了现阶段研究的不足并对未来的发展方向做出了展望,以期为制备经济高效的过渡金属氧化物催化剂提供参考。