多孔结构CuFe₂O₄-P材料制备及其催化过一硫酸盐降解咖啡因

摘要

咖啡因（CAF）作为一种新污染物在各类环境介质中被广泛检出,其环境持久性和潜在生态风险对水环境安全构成了威胁,开发一种高效的CAF去除技术以确保水环境安全至关重要。本研究采用新型无溶剂法制备了三维多孔结构催化剂CuFe₂O₄-P,开展了CuFe₂O₄-P催化过一硫酸盐（PMS）降解CAF的实验,并利用电子自旋共振分析、自由基淬灭实验、X射线光电子能谱表征和水质因素影响实验,系统考察了此体系对CAF降解效率、作用机制和水质因素的影响。结果表明:CuFe₂O₄-P/PMS工艺表现出较好的催化性能,在优化条件（pH=7、PMS质量浓度为18 mg/L和催化剂投加量为0.3 g/L）下可实现对CAF的完全降解（180 s内降解效率为100%）;CuFe₂O₄-P/PMS工艺中羟基自由基（·OH）和硫酸根自由基（SO₄^·）对CAF降解过程的贡献率分别为66%和34%;催化剂表面Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）/Cu（Ⅰ）氧化还原循环的存在可促进降解体系中SO₄^·的生成,有效强化了CAF的降解过程;碳酸根（CO₃～2）和腐殖酸（HA）分别使CAF降解效率降至8%和20%,对降解过程有显著抑制作用,而硝酸根（NO₃）的影响可以忽略不计。该体系对实际污水厂出水中的CAF仍表现出40%的降解效率,显示出良好的实际应用潜力。

关键词

三维多孔结构催化剂 / 过一硫酸盐 / 咖啡因 / 活性物种 / 影响因素