碳材料促进硝基/卤素取代类有机污染物还原降解的研究进展

• 作者: 岳先会 谷成 金鑫
• 来源期刊: 材料导报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 碳材料 电子传递机制 硝基苯类 卤代类 氧化还原
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: 材料与可持续发展(三)——环境友好材料与环境修复材料
• 页码范围: 28-36
• 页数: 9页
• 分类号: X703
• 字数: 10212字
• 语种: 中文

摘要

碳材料,包括纳米碳(石墨烯、碳纳米管等)和无定形碳(活性炭、生物炭和黑炭等),因其比表面积大、表面性质各异、导电储电性能优异,已被广泛应用于化工、能源、环保等领域.在环境应用中碳材料主要被用作吸附剂,但近十年来,碳材料作为电子传递介质与环境中多种电子供体(硫化物、产电微生物等)和电子受体(有机污染物、≡Fe.I.I.I等)的相互作用逐渐成为环境领域的研究热点.研究碳材料的电子传递过程和控制机理,对于理解和开发其在环境过程和环境修复中的作用意义重大.现有的相关研究主要集中在碳材料促进硫还原和微生物还原系统中硝基芳香类(NACs)和卤代烃类(R-X)污染物的还原降解,然而,碳材料的作用机理受电子供体种类、污染物性质和碳材料表面特征等因素影响,其发生机理各不相同,目前已被广泛认知的机制主要有以下三种:(1)碳材料表面官能团(如醌类)作为氧化还原媒介,提高电子传递效率;(2)碳材料的石墨化结构和表面缺陷位的导电作用,能够高效传导电子;(3)在硫化物还原体系中,吸附态S2-在碳表面形成的中间体作为还原活性位点,加速污染物的还原.此外,碳材料比表面积、孔隙度和表面电性的差异,有机污染物自身结构性质的差异,含碳体系(生物、非生物)的差异等因素也会直接或间接地影响碳材料对有机污染物催化还原降解的主控机理.由于碳材料自身结构和表面性质的复杂性,现有研究对该类过程的机理认知还不完整.本文系统地梳理了国内外有关碳材料介导NACs和R-X类有机污染物还原降解过程的作用机理,列举了依据现有的机理认知来提高碳材料性能的改性技术及其应用.对纳米碳材料而言,表面修饰和表面掺杂等通常能提高其传质效率和能量利用效率;对于多孔碳材料而言,化学活化(H3 PO4或ZnCl2)和热处理等手段能增大碳材料比表面积,提高其导电性和电子储存能力,从而加强碳材料对NACs和R-X的催化降解效果,为应用碳材料修复地下水环境污染提供理论依据.碳材料促进有机污染物转化的现实意义在于:一方面,自然界中存在多种碳的形态,将直接或间接影响环境中有机物的迁移转化和元素循环;另一方面,碳材料具有环境友好性,其对有机污染物的催化降解作用在环境修复中具有巨大的应用潜力.碳材料也有望在今后的环境功能材料方面发挥更大的作用,为地下水中NACs和R-X的去除提供新的理论指导.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	金鑫	南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室	26	211	9.0	13.0
3	谷成	南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室	4	3	1.0	1.0
6	岳先会	南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室	1	0	0.0	0.0