Water Steam Bathed FeS2 for Highly Efficient Fenton Degradation of Alachlor

Jizhou Jiang Lianglang Yu Fangyi Li Wenming Deng Cong Pan Haitao Wang Jing Zou Yaobin Ding Fengxia Deng Jia Huang

Citation:  Jizhou Jiang, Lianglang Yu, Fangyi Li, Wenming Deng, Cong Pan, Haitao Wang, Jing Zou, Yaobin Ding, Fengxia Deng, Jia Huang. Water Steam Bathed FeS2 for Highly Efficient Fenton Degradation of Alachlor[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(3): 220903. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209033 shu

水蒸汽浴FeS2高效Fenton降解甲草胺

    通讯作者: 王海涛, wanghaitao@wit.edu.cn
    黄佳, 21070201@wit.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 62004143

    国家自然科学基金 21876209

    湖北省重点研发计划 2022BAA084

    湖北省自然科学基金 2021CFB133

    中央引导地方科技发展专项基金 2020ZYYD033

    能量转换与存储材料化学教育部重点实验室开放基金 2021JYBKF05

    磷资源开发利用教育部工程研究中心创新项目 LCX2021003

    武汉工程大学绿色化工程教育部重点实验室开放基金 GCP202101

摘要: 由于硫化铁在自然环境中的丰富性,其生成活性氧和降解各种有机污染物的类Fenton活性已被广泛研究。然而,由于表面含铁活性位点的暴露有限,它们的类Fenton活性通常不高。在本研究中,以黄铁矿(FeS2)为例,基于水蒸汽对FeS2的热处理,开发了一种提高硫化铁矿物Fenton活性的新策略,研究发现经水蒸汽热处理后的FeS2 (Heat-FeS2)对甲草胺(ACL)的非均相Fenton活性比由水热反应制备的母体FeS2 (Fresh-FeS2)更高。在初始pH为6.3时,Heat-FeS2-Fenton体系对ACL的降解速率为0.48 min−1,约为Fresh-FeS2-Fentton体系的23倍。电子自旋共振分析和苯甲酸探针实验证实,与Fresh-FeS2-Fenton体系相比,在Heat-FeS2-Fenton体系中产生更多的羟基自由基(•OH)和超氧自由基(•O2)。Heat-FeS2的Fenton活性大幅增强主要可归因于含量增加的高活性表面Fe2+/Fe3+组份、较高的Fe2+浸出量和最佳的反应pH条件。扫描电镜,透射电镜,X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱等一系列表征结果表明,热处理可显著促进晶格Fe2+向表面活性Fe2+的转化,同时增强表面SO42−的生成,从而形成高酸性表面。此外,热处理后Fresh-FeS2表面Fe2+在表面总铁中的百分比从13%提高到了Heat-FeS2的29%,而且Heat-FeS2的Fe2+浸出量(0.23 mmol·L−1)也远高于Fresh-FeS2的Fe2+浸出量(< 0.02 mmol·L−1)。为了进一步阐明Heat-FeS2材料ACL降解活性增强的机理,我们通过XPS技术监测类Fenton反应前后Heat-FeS2表面Fe和S物种的变化关系。结果表明,H2O2反应后,Fresh-FeS2和Heat-FeeS2中Fe2+和Fe3+的表面含量显著增加,而S22−物种的表面浓度则相对下降,证实了S22−物种在Fe3+还原为Fe2+循环中的关键作用。重要的是,本研究不仅加深了对FeS2氧化转化、腐蚀及其对天然环境中有毒有机物转化与降解的认识,而且还提供了一种基于硫化铁矿物的高效Fenton氧化方法。

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  • 发布日期:  2023-03-15
  • 收稿日期:  2022-09-21
  • 接受日期:  2022-10-25
  • 修回日期:  2022-10-14
  • 网络出版日期:  2022-10-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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