近日，华中科技大学王宗平、谢鹏超团队在 Environmental Science & Technology 上发表了题为“ Non-radical activation of peracetic acid by powdered activated carbon for the degradation of sulfamethoxazole ”的研究论文 (DOI: 10.1021/acs.est.3c03370 ) ，探究了商用粉末活性炭 PAC 活化 PAA 用于降解 SMX 的效能及内在机理。通过多组降解实验对比，评估了 PAC/PAA 对 SMX 降解的彻底性与环境应用潜力。通过材料反应前后结构变化表征、自由基鉴定、原位拉曼测试及电化学表征，首次证明了 PAC/PAA 过程为以 1 O 2 和电子转移为主导的非自由基过程 。
水体中新兴污染物，尤其是医药和个人护理产品残留物（ PPCPs ），一直是水处理的关注焦点。过氧乙酸（ PAA ）作为一种绿色氧化剂，因其强氧化性、低副产物生成率，可通过活化高效降解 PPCPs 而备受瞩目。传统的 PAA 活化方法存在能耗高、金属泄露风险和材料成本过高等问题，制约了其实际应用。为此，本研究结合碳基催化的高效催化特性和环境友好性，选择了商用粉末活性炭（ PAC ）作为低成本催化剂来活化 PAA ，同时评估了该工艺的可靠性和实际应用潜力。研究结果显示， PAC/PAA 组合工艺能够有效降解 SMX 和 IBP ，并且降解过程是完全彻底的，不存在污染物泄露的危险。通过 EPR 技术和淬灭实验发现，活性炭能够激发 PAA 生成更高浓度的单线态氧，该过程不涉及自由基作用。电化学和原位拉曼测试揭示了 PAC/PAA 体系中存在电子转移过程。基于这些技术分析，研究表明 PAC/PAA 是一种高效可行的高级氧化工艺，能够高效彻底地降解有机污染物，并且该过程为非自由基活化过程 。
过氧乙高级氧化技术常用于降解水中 PPCPs ，常见自由基主导的 PAA 活化技术存在一定的局限性。本研究选择商业活性炭作为催化剂，激活过氧乙酸，并通过批量实验研究了不同条件下的吸附和氧化效率。同时，还探索了体系的自由基贡献和非自由基途径。该研究的目标是深入了解活性炭 / 过氧乙酸系统，并探索其在水处理中的应用潜力 。
材料前后特性表征
Figure 1.
(a) SEM image of raw PAC, (b) SEM image of used PAC, (c) N 2 adsorption-desorption isotherms of raw PAC and used PAC, (d) Raman spectra of raw PAC and used PAC and XPS high resolution C1s spectra of raw PAC (e) and used PAC (f) .
对反应前后材料进行表征，结果表明降解反应后 PAC 的表面更加光滑，比表面积显著减小，孔容和平均孔径均下降；反应后， Raman 光谱的 D 带和 G 带的强度明显减小，说明 PAC 的石墨化程度降低； XPS 测试揭示了 PAC 表明的富电子官能团 C-OH 参与到催化反应中 。
PAC/PAA 对 SMX 降解效能测试
Figure 2.
(a) Removal of SMX by different processes. Effect of (b) initial pH, (c) PAC dose and (d) PAA dose on SMX degradation in the PAC/PAA process .
性能测试结果表明 PAC 可以活化 PAA 降解 SMX ，且共存 H 2 O 2 起抑制作用； PAC/PAA 工艺具有较强的 pH 适应性，在 pH 3.0-9.0 均可表现出高效降解效能； PAC/PAA 工艺对 SMX 降解效能在一定范围内与 PAC 、 PAA 投量成正比 。
活性物种鉴定
Figure 3.
(a) EPR spectra of raw PAC and used PAC. (b) Quenching effects of MeOH, TBA and FFA. Conditions: [SMX] = 10 μM, [PAC] = 0.02 g/L, [PAA] = 100 μM (containing 60 μM H 2 O 2 ), [MeOH] = [TBA] = 100 mM, [FFA] = 10 mM, initial pH 7.0 ± 0.15, temperature 25 ℃ . (c) EPR spectra of TEMP- 1 O 2 adduct .
固体 EPR 测试表明，反应前后 PAC 表面持久性自由基 PFRs 信号降低，这表明活化过程消耗了 PFRs ；淬灭实验表明自由基（包含 HO ·及 R-O ·）对 SMX 降解的贡献可以忽略不计，而单线态氧（ 1 O 2 ）对 SMX 降解贡献较大； EPR 测试结果也证明， PAC 可催化 PAA 持续产生 1 O 2 ， IBP 降解结果也进一步证明了自由基贡献较小 。
电子转移作用测试
Figure 4.
(a) Open-circuit potential curves for the catalyst. (b) In situ Raman spectra of PAC, CH 3 COOH, H 2 O 2 , PAA, PAA+PAC, and PAA+PAC+SMX in the liquid solution. (c) Liear-sweep voltammograms under different conditions for SMX in PAC/PAA system. (d) I-t curves of PAC with adding PAA and SMX successively .
通过开路电位测试（ OCP ）及原位拉曼测试（ In situ Raman ）发现 PAC 与 PAA 会生成表面活性物种 PAC-PAA*, 而 LSV 与 I-t 测试结果表明， SMX 会与 PAC-PAA* 发生强烈的电子转移作用进而促成 SMX 降解 。
常见水体组分影响测试
Figure 5.
Effects of (a) HCO 3 - , (b) Cl - , (c) PO 4 3- and (d) HA on SMX degradation in PAC/PAA process .
选择水体中常见的阴离子（ HCO 3 - ， Cl - 与 PO 4 3- ）及腐殖酸（ HA ）对 PAC/PAA 工艺的水质适应性进行测试；结果表明 HCO 3 - 对 PAC/PAA 工艺作用效能影响较大，而与其他 PAA 氧化过程相比， PAC/PAA 体系对其他水体组分的适应性较强。
本研究利用 PAC 激活 PAA 去除水体中的 SMX ，实验证明该过程主要通过 1 O 2 和 ETP 等非自由基途径彻底氧化 SMX 。酸性或中性条件有利于去除效率，且 PAC/PAA 系统在实际水处理中具有潜力。研究结果可以激发设计更高效、低成本的催化剂，通过加强非自由基过程来激活 PAA ，以提高微量有机污染物的去除效率。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳酸性或中性条件有利于去除效率，且 PAC/PAA 系统在实际水处理中具有潜力。研究结果可以激发设计更高效、低成本的催化剂，通过加强非自由基过程来激活 PAA ，以提高微量有机污染物的去除效率。
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