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碳材料促進硝基/鹵素取代類有機污染物還原降解的研究進展
關鍵詞：碳材料 電子傳遞機制 硝基苯類 鹵代類 氧化還原
摘要：碳材料,包括納米碳(石墨烯、碳納米管等)和無定形碳(活性炭、生物炭和黑炭等),因其比表面積大、表面性質各異、導電儲電性能優(yōu)異,已被廣泛應用于化工、能源、環(huán)保等領域。在環(huán)境應用中碳材料主要被用作吸附劑,但近十年來,碳材料作為電子傳遞介質與環(huán)境中多種電子供體(硫化物、產電微生物等)和電子受體(有機污染物、≡FeIII等)的相互作用逐漸成為環(huán)境領域的研究熱點。研究碳材料的電子傳遞過程和控制機理,對于理解和開發(fā)其在環(huán)境過程和環(huán)境修復中的作用意義重大?，F(xiàn)有的相關研究主要集中在碳材料促進硫還原和微生物還原系統(tǒng)中硝基芳香類(NACs)和鹵代烴類(R-X)污染物的還原降解,然而,碳材料的作用機理受電子供體種類、污染物性質和碳材料表面特征等因素影響,其發(fā)生機理各不相同,目前已被廣泛認知的機制主要有以下三種:(1)碳材料表面官能團(如醌類)作為氧化還原媒介,提高電子傳遞效率;(2)碳材料的石墨化結構和表面缺陷位的導電作用,能夠高效傳導電子;(3)在硫化物還原體系中,吸附態(tài)S2-在碳表面形成的中間體作為還原活性位點,加速污染物的還原。此外,碳材料比表面積、孔隙度和表面電性的差異,有機污染物自身結構性質的差異,含碳體系(生物、非生物)的差異等因素也會直接或間接地影響碳材料對有機污染物催化還原降解的主控機理。由于碳材料自身結構和表面性質的復雜性,現(xiàn)有研究對該類過程的機理認知還不完整。本文系統(tǒng)地梳理了國內外有關碳材料介導NACs和R-X類有機污染物還原降解過程的作用機理,列舉了依據(jù)現(xiàn)有的機理認知來提高碳材料性能的改性技術及其應用。對納米碳材料而言,表面修飾和表面摻雜等通常能提高其傳質效率和能量利用效率;對于多孔碳材料而言,化學活化(H3 PO4或ZnCl2)和熱處理等手段能增大碳材?
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