一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反 應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法。 背景技術(shù) [0002] 近年來(lái)，持續(xù)存在于水生環(huán)境資源中的新興污染物（emerging?pollutants,?ECs）因其對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)引起了世界范圍的關(guān)注。然而，在實(shí)際情況下，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)很少能夠持續(xù)去除目標(biāo)污染物，特別是低濃度的目標(biāo)污染物。因此，從污染水中選擇性去除目標(biāo)有機(jī)污染物有望增強(qiáng)環(huán)境管理的可持續(xù)性。高級(jí)氧化過(guò)程中的非自由基由于其對(duì)非目標(biāo)底物的低敏感性、高親電性和對(duì)富電子污染物的特定親和力而成為選擇性去除目標(biāo)有機(jī)污染物的絕佳選擇。 [0003] 由過(guò)氧單硫酸鹽（PMS）活化介導(dǎo)的類(lèi)芬頓反應(yīng)是最有前途的技術(shù)之一，可選擇性 1 生成所需活性氧物種（ROS）。其中非自由基活性物種可分為單線態(tài)氧（O2）、直接電子轉(zhuǎn)移和IV IV 高價(jià)金屬氧配合物（Fe =O）。特別的是，表面結(jié)合的Fe =O對(duì)吸附在催化劑表面的污染物表 1 現(xiàn)出更高的局部反應(yīng)活性，而游離的O2則以其高反應(yīng)性和遷移率在溶液中迅速氧化目標(biāo)污染物?？紤]到實(shí)際廢水中含有各種具有不同性質(zhì)的ECs（有些傾向于吸附在催化劑表面，而另一些則不容易被吸附），調(diào)控界面和水相的反應(yīng)是一種有效實(shí)現(xiàn)靶向去除特定污染物的關(guān)鍵。因此，結(jié)合界面反應(yīng)和水相反應(yīng)的串聯(lián)方法對(duì)于徹底降解水中的多種目標(biāo)有機(jī)物一種有效的手段。 [0004] PMS活化過(guò)程中選擇性生成所需的ROS是一個(gè)復(fù)雜的挑戰(zhàn)，不同O原子在PMS上的選擇性吸附（OIII?S=(O)2?OII?OI?H）以及活性位點(diǎn)與PMS之間電子轉(zhuǎn)移方向都會(huì)影響到PMS的IV 活化途徑。其中，表面結(jié)合的Fe =O是通過(guò)異裂OIII?S鍵產(chǎn)生的，同時(shí)伴隨著Fe位點(diǎn)向PMS的 1 定向電子轉(zhuǎn)移，而自由的O2的產(chǎn)生主要取決于PMS的給電子速率和PMS中OI?H鍵的裂解。不幸的是，目前的大多數(shù)研究都集中在基于一種催化劑生成單一的游離或結(jié)合的ROS，這使得組合技術(shù)（界面反應(yīng)和水相反應(yīng)的串聯(lián)過(guò)程）冗長(zhǎng)且昂貴，其中至少包含兩個(gè)獨(dú)立的單元。 IV 1 另一個(gè)限制是在PMS活化過(guò)程中，F(xiàn)e =O和O2的產(chǎn)量很低。因此，在一個(gè)裝置中制造一種雙IV 1 位點(diǎn)催化劑，有效并且有選擇地使Fe =O和 O2分離生成是非常有前景的且有挑戰(zhàn)性的工作，這將大大簡(jiǎn)化預(yù)期的串聯(lián)過(guò)程。 發(fā)明內(nèi)容 [0005] 為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式，實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法。本發(fā)明首先設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的石墨 0 碳半包覆Fe3C@Fe 納米顆粒并封裝在氮摻雜碳納米管（NCNT）的電控雙位點(diǎn)催化劑(Fe?in?NCNT)。通過(guò)簡(jiǎn)單的電開(kāi)關(guān)（開(kāi)/關(guān)）來(lái)改變PMS活化的途徑，從而實(shí)現(xiàn)分離且有效地選擇性生IV 1 IV 1 成Fe =O或O2。在一個(gè)操作單元中提出了結(jié)合Fe =O和游離O2的串聯(lián)工藝，用于可持續(xù)凈化具有不同反應(yīng)性質(zhì)的混合污染物的水體。 [0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，包括以下步驟：將含有有機(jī)污染物的水資源置于電解槽中，以Fe?in?NCNT電極作為陰極，鉑片作為陽(yáng)極，構(gòu)建電解裝置，對(duì)所述電解裝置間歇性通電處理； [0007] 所述Fe?in?NCNT電極是以碳紙為基礎(chǔ)電極，所述基礎(chǔ)電極表面涂附Fe?in?NCNT材 0 料，所述Fe?in?NCNT材料為石墨碳半包覆Fe3C@Fe納米顆粒，包括鐵納米顆粒和氮摻雜碳納米管，所述氮摻雜碳納米管內(nèi)部包含有Fe3C包覆零價(jià)鐵納米顆粒，所述鐵納米顆粒的一端有多層石墨包覆著（即半包覆）。 [0008] 本發(fā)明鐵納米顆粒位于氮摻雜碳納米管內(nèi)部，并且利用N元素可以促進(jìn)隔室結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，從而鐵納米顆粒掉落至隔室中形成納米顆粒一端被石墨層半包覆的結(jié)構(gòu)，使得材料在電場(chǎng)作用下可以影響碳原子的電子密度，從而導(dǎo)致活性物種的改變。 [0009] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述有機(jī)污染物包括雙酚A(BPA)、環(huán)丙沙星(CIP)、對(duì)羥基苯甲酸甲酯(MeP)、對(duì)甲酚(MP)、4?氯酚(4CP)和苯酚(PE)、4?對(duì)乙酰氨基酚(AcP)、磺胺氯吡嗪(SCP)和磺胺甲惡唑(SMX)中的一種或多種。 [0010] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述Fe?in?NCNT電極通過(guò)以下方法制備得到： [0011] 將三聚氰胺與鐵源混合，并在惰性氣氛下進(jìn)行煅燒，得到Fe?in?NCNT基底材料； [0012] 將所述Fe?in?NCNT基底材料分散于有機(jī)溶劑中，之后沉積在碳紙上，得到所述Fe?in?NCNT電極。

1.一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，其特征在于，包括以下步驟：將含有有機(jī)污染物的水資源置于電解槽中，以Fe?in?NCNT電極作為陰極，鉑片作為陽(yáng)極，構(gòu)建電解裝置，對(duì)所述電解裝置間歇性通電處理； 所述Fe?in?NCNT電極是以碳紙為基礎(chǔ)電極，所述基礎(chǔ)電極表面涂附Fe?in?NCNT材料，所述Fe?in?NCNT材料包括鐵納米顆粒和氮摻雜碳納米管，所述氮摻雜碳納米管內(nèi)部包含有Fe3C包覆零價(jià)的鐵納米顆粒，所述鐵納米顆粒的一端有多層石墨包覆著； 所述間歇性通電處理： （i）對(duì)于吸附量<15%的有機(jī)污染物，且存在于溶液中的有機(jī)污染物，采用外加電場(chǎng)下形 1 成的游離O2的水相反應(yīng)模式； （ii）對(duì)于吸附量在15?25%范圍內(nèi)的有機(jī)污染物，反應(yīng)模式選擇水相反應(yīng)模式和界面反應(yīng)模式； （iii）對(duì)于吸附量>25%的有機(jī)污染物，采用界面反應(yīng)模式。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，其特征在于，所述有機(jī)污染物包括雙酚A、環(huán)丙沙星、對(duì)羥基苯甲酸甲酯、對(duì)甲酚、4?氯酚和苯酚、4?對(duì)乙酰氨基酚、磺胺氯吡嗪和磺胺甲惡唑中的一種或多種。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，其特征在于，所述Fe?in?NCNT電極通過(guò)以下方法制備得到： 將三聚氰胺與鐵源混合，并在惰性氣氛下進(jìn)行煅燒，得到Fe?in?NCNT基底材料； 將所述Fe?in?NCNT基底材料分散于有機(jī)溶劑中，之后沉積在碳紙上，得到所述Fe?in?NCNT電極。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，其特征在于，所述鐵源選自六水合氯化鐵。 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，其特征在于，所述三聚氰胺與鐵源的質(zhì)量比為（12? 6.5）：（7?3.5）。 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種通過(guò)電開(kāi)/電關(guān)在雙位點(diǎn)催化劑上切換選擇性類(lèi)芬頓反應(yīng)模式以實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)凈化的方法，其特征在于，所述煅燒的溫度不低于700℃，煅燒時(shí)間為3?5?h，升溫速率為5?10?℃/min。