环糊精键合Fe-TAML催化剂的制备及其活化H2O2氧化水中有机微污染物

作者：刘清泉; 蔡本哲; 蔡喜运^*

来源：环境科学, 2023, 44(07): 3978-3989.

DOI：10.13227/j.hjkx.202208235

• 环糊精键合Fe-TAML
• 催化剂
• 过氧化氢
• 有机微污染物
• 氧化降解

为了提高Fe-TAML催化剂的稳定性和催化活性，通过磺酰氯化反应、金属螯合反应和亲核取代反应等方法将Fe-TAML与环糊精(CD)以共价键形式结合，制备了单-6-氧-CD键合Fe-TAML催化剂(CD-Fe-TAML).开展了CD-Fe-TAML的催化活性、稳定性测试及其活化H2O2氧化降解水中抗生素和农药等34种有机微污染物研究.与Fe-TAML相比，CD-Fe-TAML在pH为7.0条件下活化H2O2生成高价铁的速率提高49倍，对底物的催化降解速率提高25倍，且其自氧化速率降低70%.CD-Fe-TAML在pH为3.0～10.0范围内的稳定性比Fe-TAML的稳定性提高0.7～699倍，其中，在pH为3.0～7.0范围内提高33～699倍.CD-Fe-TAML的分子结构中的磺酸基官能团具有吸电子效应，能增加活性中心中Fe离子的正电荷密度，不仅加快H2O2的过氧键裂解和高价铁物种的生成，提高Fe-TAML的催化活性，还能提高其水解稳定性.同时，分子结构中的CD基团具有“电子穿梭体”效应和包合作用，前者通过加快活性中心Fe-TAML与H2O2之间的电子转移而促进高价铁物种的生成，提高Fe-TAML的催化活性；后者能通过对活性中心Fe-TAML的包合而抑制了其水解和自氧化反应，提高其稳定性.与Fe-TAML/H2O2相比，在pH为5.0～7.0的范围内，CD-Fe-TAML/H2O2对有机微污染物的降解速率提高了0.4～59倍.在pH为8.0条件下，CD-Fe-TAML/H2O2对摩尔体积小于0.20 L·mol-1的啶虫脒和磺胺嘧啶等9种微污染物的降解速率提高0.3～1.1倍，对摩尔体积大于0.20 L·mol-1的微污染物的降解速率没有显著性变化.碘离子的氧化实验结果显示，水中的I-没有被CD-Fe-TAML/H2O2体系氧化为HIO或IO-,不会进一步与DOM反应生成碘代消毒副产品(I-DBPs).同时，CD-Fe-TAML/H2O2对地表水水样中微污染物的降解不受DOM和无机盐离子等水体组分的干扰.所构建的CD-Fe-TAML/H2O2体系具有比Fe-TAML/H2O2体系更高的催化降解活性和稳定性，在水体中有机微污染物去除方面具有应用潜力.

• 单位
  大连理工大学