华东理工大学化学与分子工程学院张金龙

maoyao

Cell姐妹刊Chem报道化学院在环境化学领域重要研究进展

近期，国际顶级学术刊物《细胞》（Cell）的首个化学类姐妹刊《Chem》在线报道了我校张金龙教授和邢明阳副教授课题组与美国加州大学河滨分校Yadong Yin教授课题组合作，题为“Metal Sulfides as Excellent Co-catalysts for H2O2 Decomposition in Advanced Oxidation Processes”的研究论文。（原文链接：http://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30115-3）。

高级氧化技术（AOPs）是以生成具有强氧化能力的羟基自由基为主要活性基团，被用来处理高浓度难降解有机污染物废水的常用手段之一。近年来，AOPs中的Fenton氧化法引起了研究学者的广泛关注，这主要是因为在Fenton反应中，Fe2+可以在常温常压下分解双氧水产生大量羟基自由基，使其具备了高效去除难降解有机污染物的能力，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水等废水处理中具有广泛应用价值。但到目前为止，传统Fenton反应中H2O2的分解效率仍然处于很低的水平（<30%）。为了提高反应速率，往往需要加入大量的H2O2（30～6000 mmol/L）和Fe2+（18～410 mmol/L）以生成足够高浓度的羟基自由基等活性物种，这不仅增加了反应成本，高浓度的铁离子还容易生成“铁泥”引起催化反应中毒。

为了解决上述问题，华东理工大学张金龙和邢明阳研究团队与加州大学Yadong Yin研究团队通力合作，开发了以MoS2为代表的一系列无机硫化物助催化剂，并协同光催化实现了Fenton反应中铁离子的高效循环以及H2O2的快速分解。这是首次报道“无机助催化剂”用于Fenton反应高效分解双氧水。研究发现，当H2O2和Fe2+浓度分别控制在0.4 mmol/L和0.07mmol/L时，MoS2、WS2、Cr2S3、CoS2、PbS及ZnS等硫化物表面暴露的还原态金属活性中心促进了Fe3+/Fe2+的循环（如图）。此外，光催化可以进一步促进H2O2的分解及有机分子的敏化，使得H2O2的分解效率从28 %提高至75%。高效的铁离子循环效率及较低的H2O2和Fe2+用量不仅有效抑制了铁泥的生成，而且使得硫化物无机助催化体系在10次循环反应后依旧保持对苯系有机污染物分子90%以上的TOC矿化率，远高于传统Fenton体系的矿化率（20%），甚至在无氧条件下，依旧保持对有机污染物分子96%的降解率。在工业应用方面，MoS2助催化Fenton体系还被用来直接处理工业苯系物废水（初始COD：10400 mg/L）。反应1h后，苯系废水的COD去除率达到65%，远远高于传统Fenton反应的活性（12%），反应7小时后，COD值降低至360 mg/L，去除率达97%。该工作得到了《Chem》审稿人的高度评价，审稿人认为：“该项研究工作不管对于科学界还是工业界都是非常重要且令人兴奋的研究成果（Overall, the results reported in this work are exciting and important for scientific community as well as industrial applications）。

    该论文以“华东理工大学”为第一通讯单位，由来自华东理工大学的博士研究生董陈成同学在张金龙教授和邢明阳副教授的共同指导下完成，论文还得到了来自美国加州大学的Wenjing Xu博士及Yadong Yin教授的支持和帮助。该工作得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金委等项目的支持。