近期，德國化學會知名學術刊物Angew. Chem. Int. Ed.（IF: 12.712）在線報道了我校邢明陽教授課題組在環(huán)境污染控制領域最新研究成果，論文題為“: Designing 3D-MoS2 Sponge as Excellent Cocatalysts in Advanced Oxidation Processes for Pollutant Control（DOI: 10.1002/anie.202006059）”。
芬頓反應最早由法國化學家Fenton在1893年發(fā)現，并因其能產生強氧化性的羥基自由基等活性氧物種（ROS）被廣泛應用于水中有機污染物的去除。理想的芬頓反應是Fe2+催化H2O2生成羥基自由基等ROS，但實際上，大多數已報道的芬頓反應并不是真正的催化反應，而只是一個氧化還原化學反應。這主要是因為當Fe2+活化H2O2（或PMS）后，本身會被氧化成Fe3+，而Fe3+很難被H2O2重新還原成Fe2+，所以鐵在芬頓反應中不能算真正的催化劑。好消息是，通過引入助催化劑可以很好地解決這個問題。比如，邢明陽等人首次發(fā)現通過引入MoS2作為助催化劑，可以實現芬頓反應中鐵離子的高效循環(huán)（Chem2018, 4, 1359-1372）。但這也帶來了新的問題，即大多數粉體催化劑的共同缺點就是難以在實際應用中回收再利用，尤其是在大規(guī)模處理實際工業(yè)廢水時，需要不斷的補充MoS2助催化劑及鐵催化劑，這不僅會增加反應成本，還會存在對環(huán)境造成二次污染的風險。
為了克服上述挑戰(zhàn)，華東理工大學邢明陽教授研究團隊采用簡單的浸漬-加熱的化學方法，開發(fā)了三維硫化鉬（3D-MoS2海綿）助催化（類）芬頓反應體系，實現了對染料類及抗生素類廢水的高效處理。與傳統(tǒng)芬頓體系及已報道的助催化（類）芬頓體系相比，其優(yōu)勢表現為：1）三維結構優(yōu)化AOPs性能優(yōu)勢。以Fe3+/H2O2體系為例，3D-MoS2海綿的引入，可使其降解芳香族有機污染物的反應速率常數提高到原來的52倍；2) 助催化反應中心減少鐵的用量，降低生成鐵泥的風險。3D-MoS2海綿中納米花片層堆積和不規(guī)則邊緣可以提供更多的Mo4+活性位點，加速Fe3+/Fe2+的循環(huán)，抑制鐵泥等二次污染物的形成；3) 運行成本低，實現大規(guī)模高效處理抗生素廢水。3D-MoS2/Fe2+/PMS體系只需一次性加入鐵離子（20 mg/L硫酸亞鐵），即可實現連續(xù)高效處理140 L高濃度磺胺嘧啶廢水（120 mg/L），其降解率可達97.87%，該體系可穩(wěn)定運行16天以上。且其處理1噸廢水的運行成本僅為0.33美元，使其具有巨大的工業(yè)應用價值。
該論文以“華東理工大學”為第一通訊單位，碩士研究生朱玲俐同學為第一作者，邢明陽教授為通訊作者。該論文還得到了歐洲科學院院士張金龍教授的指導。該工作得到了諾獎中心、材料生物學與動態(tài)化學教育部前沿科學中心、國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金及國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006059