中国科大俞汉青院士团队WR丨扩大类芬顿反应pH范围对污染物降解的影响：酸性微环境的影响

转 自：环境工程与科学

11月24日， 中国科大俞汉青院士团队 在 Water Research在线 发表了题为 “Expanding the pH range of Fenton-like reactions for pollutant degradation: The impact of acidic microenvironments” 的研究论文， 制备了BiOI@rGO 复合材料从酸性（pH = 3.0）到碱性（pH = 10.0）的宽 pH 值范围内对双酚 A（BPA）降解具有出色的催化活性。

基于过氧化氢（H ₂ O ₂ ）的高级氧化工艺（AOPs）是去除废水中难降解有机污染物的极具吸引力的处理方案，它能促进有机污染物的完全矿化。近来，基于过渡金属或金属氧化物的异质 Fenton 工艺已成为水净化 AOP 的核心，因为它们具有令人信服的优势，可以克服同质 Fenton 工艺中出现二次污染和可回收性有限的缺陷。然而，由于在接近中性甚至更高的 pH 值下降解污染物的效率有限，这些异质 Fenton 过程的实际应用受到严重阻碍。这是因为当 pH 值接近中性甚至更高时，催化剂表面浸出的游离过渡金属离子（如 Fe ²⁺ ）会与 OH ^- 反应生成金属氢氧化物，导致 H ₂ O ₂ 的分解效率降低，芬顿反应的效果变差。因此，为确保充分去除目标污染物，往往需要投入大量酸，这不仅增加了运行成本，还可能腐蚀设备。有鉴于此，合理设计对 pH 值不敏感、结构稳定、能消除 pH 值限制的异质 Fenton 系统在水净化领域具有重要意义。

异相芬顿反应为克服铁泥积累和现有均相芬顿工艺的有限可回收性提供了机会，但其反应活性在接近中性甚至更高的 pH 值条件下急剧衰减，这仍然是一个艰巨的挑战。本研究报告了一种多功能且稳健的方法，通过氧化石墨烯键合在 BiOI 上创建局部酸性微环境，使异质芬顿（BiOI@rGO/H ₂ O ₂ ）系统能够在较宽的 pH 值范围（3.0-10.0）内持续降解有机污染物。值得注意的是，BiOI@rGO 在降解双酚 A 和四环素方面表现出卓越的催化活性（去除率达 100%）和持久性（超过十次循环），即使在实际废水场景中也是如此。此外，将 BiOI@rGO 固定在碳毡上以建立一个连续流动装置，可实现稳定的处理性能，在连续运行期间对微污染物的降解效率超过 98%。这项工作为在催化剂上构建酸性微环境提供了一个范例，从而克服了用于先进水净化的异相芬顿反应的 pH 限制。