微界面调控增强全氟羧酸化学催化氧化降解的方法研究

全氟羧酸是一类新型持久性有机污染物，急需研究有效的处置方法。本项目根据其分子结构特点，设计并制备以石墨烯为载体、以掺杂铁基化合物为主催化剂的新型复合纳米催化剂。该催化剂的铁基化合物能催化活化过硫酸盐和/或过氧化氢等氧化剂，产生强氧化性硫酸根自由基和羟自由基；Si、B、P等掺杂元素能与全氟羧酸分子中的氟发生强烈化学作用，增强全氟羧酸的表面吸附，并弱化C-F键，强化全氟羧酸氧化断裂；载体石墨烯提供大量活性表面，使主催化剂高度分散，并提供合适的亲水亲油表面，增强全氟羧酸的吸附。以此催化剂与绿色氧化剂构建化学催化氧化新体系，研究全氟羧酸的降解机理，并提出一种全氟羧酸化学催化氧化降解的新方法。本项目的核心是通过弱化污染物分子中关键化学键而实现难降解污染物的有效降解，能丰富污染控制化学的基础理论；本项目的目标是建立一种操作简便且能规模化处置全氟羧酸新方法，将产生重大的环境效益和经济效益。

全氟羧酸是一类新型持久性有机污染物，急需研究有效的处置方法。全氟羧酸化学催化氧化降解的困难主要在于全氟羧酸在催化剂表面吸附很弱以及全氟羧酸分子中C-F键很强。本项目研究了有机污染物在石墨烯、层状结构无机材料（例如，累托石）等吸附剂表面的吸附行为。由于这些吸附剂提供了高的比表面以及合适的亲水亲油表面，因而能够较强地吸附相关有机污染物。以这些强吸附性材料作为催化剂载体，在其表面上固载铁基化合物作为催化剂，使之有效活化过硫酸盐和过氧化氢等绿色氧化剂，产生强氧化性硫酸根自由基和羟自由基，进而实现全氟羧酸等有机污染物的高效降解与矿化。在对比硫酸根自由基和羟自由基对全氟羧酸的化学进攻反应中，发现硫酸根自由基的攻击能力优于羟自由基。因此，本项目还重点研究了羟自由基对全氟羧酸的氧化降解作用，发现在合适的条件下，由活化过氧化氢所产生的羟自由基能够快速地导致全氟羧酸的有效降解，而且三价铁离子的共存能够进一步地增强羟自由基对全氟羧酸的氧化降解作用。本项目的实施，完成了建立一种操作简便的规模化处置全氟羧酸新方法的目标，并申报了1项国家发明专利，在国际核心刊物上发表了研究论文19篇、在国内刊物发表研究论文1篇。