文章信息
第一作者：汪佳 博士（后）
亮点
• 生物炭引入Fenton体系生成了传统体系中2.08倍的羟基自由基。
• 生物炭促进的Fenton体系高效处理医疗废水。
研究进展
图1 图文摘要
图2 多体系去除SMX的效能（A），TBA对反应的淬灭作用（B），生物炭对SMX去除的促进（C）和对羟基自由基产率的提升（D），传统Fenton体系中铁物种的变化（E），引入生物炭的Fenton体系中的铁物种的变化（F）。
图3 生物炭与传统助催化剂在SMX削减效能（A）和Fe2+再生效能（B）上的对比
图4 ln（kobs）与ln[BC]（A）和ln[Fe3+]（B）的线性拟合结果。400℃~800℃的锯屑生物炭加速Fe2+再生的总动力学级数（C）和总动力学常数（D）。
图5 生物炭的供电子能力和接收电子能力（A），以及供电子能力（B）、接收电子能力（C）和接触角（D）与Fe2+再生总动力学常数的线性拟合结果。
图6 O含量（B）、O官能团（C）、N含量(D)和N杂原子（E）、持久性自由基（F）、碳缺陷位（G）与电导率(H)和Fe2+再生总动力学常数的线性拟合结果。O官能团反应前后变化（C）。电导率与碳缺陷位的线性拟合结果（I）。
图5~6是生物炭再生Fe2+的构效关系研究。通过活性位点密度与Fe2+再生的总动力学常数之间的线性关系发现，表面羧基是Fe3+的主要捕获位点（图6B），碳缺陷位是生物炭表面还原Fe3+的主要电子供体（图6G）和电子穿梭体（图6H-I）。此外，供电子能力（图5B）和亲水性（图5D）也是生物炭再生Fe2+的关键理化性质。
图7 体系降解SMX的路径以及降解产物的毒性预测
图8 体系的实际应用前景研究
图9 体系处理实际医疗废水的效能研究
图7~9是体系在实际应用中的前景分析。结果显示，体系具有丰富的降解路径，对SMX显著的降低毒性作用（图7），抗阴离子、天然有机质等干扰能力强，可回用性好以及不产生溴基致癌物质等优势（图8）。最终，我们在固定床升流式反应器中验证了体系的效果，发现负载生物炭的固定床反应器可实现Fenton基高级氧化技术持续削减医疗废水中的有机负荷，在320 min以内，COD去除率为91.3%~99.6%。证明了生物炭提升传统Fenton技术效能是行之有效的高级氧化技术策略。
作者介绍
汪佳，华中科技大学博士后，副研究员。主持国家自然科学基金青年基金等科研项目3项，参与国家重点研发计划项目等十余项，获得中国城市环境卫生协会科技进步一等奖1项（省部级）。以第一或通讯作者身份在Chem. Eng. J.、Sci. Total Environ.、Sep. Purif. Technol.、Waste Manage.、Chemosphere、J. Environ. Chem. Eng.等环境领域SCI期刊发表论文近20篇，包括1篇ESI高被引论文。参编国家/行业标准6项，授权发明专利5项，实用新型专利1项以及软件著著作权1项。
通讯邮箱：jiawang@hust.edu.cn
陈朱琦，现任华中科技大学教授，博士生导师，楚天特聘教授，华中学者。主要研究方向为固废处置及资源化利用，环境污染控制与生态修复。在包括Environ. Sci. Technol.，Water Res.，Appl. Catal. B，Adv. Mater.，Chem. Eng. J.，Green Chem.，J. Hazard. Mater. Chem. Comm.等学术期刊发表SCI论文80余篇。获批专利11项。主编固废领域行业和地方技术标准5项，参编国家、行业及地方标准10余项。主持国家重点研究计划课题，国家自然科学基金，省市各级研发项目20余项。担任《环境卫生工程》编委会委员，《中国给水排水》青年编委，中国工程咨询协会生态环境专委会技术专家组组长，中国城市环境卫生协会垃圾渗沥液处理专业委员会和工程管理专业委员会特聘专家委员、市容环境卫生管理专业委员会和国际合作委员会专家。
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