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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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