周建飞教授/程鑫副研究员 SPT：“以废治废”——制革废弃物制备碳催化剂活化过硫酸盐高效净化工业废水

点击数：792025-05-20 00:00:00　来源: 四川大学 皮革化学与工程教育部重点实验室

　　邻苯二酚是一种重要的工业化学品，作为交联剂、抗氧化剂和氧清除剂，广泛用于制造农药、医药、香料、树脂和高分子材料；然而，其高水溶性和化学稳定性导致其易通过工业废水进入水体，成为典型的水体新污染物。例如，皮革、化工和制药行业的生产废水中常含有高浓度邻苯二酚。邻苯二酚对水生生物具有急性毒性，低浓度即可抑制微生物活性，破坏水体自净能力；对于人体长期暴露可能引发皮肤刺激、呼吸道损伤，甚至被国际癌症研究机构列为潜在致癌物。


　　近日，四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室石碧院士团队周建飞教授课题组在《Separation and Purification Technology》上发表研究论文“Fe-doped tannin-derived biochar inducing radical/nonradical oxidation pathways toward catechol abatement: A strategy of turning waste in leather industry into treasure to drive carbocatalysis-mediated persulfate activation”，提出利用皮革工业废弃的皮胶原和单宁，制备铁掺杂生物炭（Fe-CL/WT@BC），通过激活过硫酸盐（PS），驱动自由基和非自由基氧化途径，高效降解水中邻苯二酚，这一研究成果对降解工业废水中的难降解酚类物质具有一定意义。

　　Part 1 论文摘要

　　本研究提出了一种将制革工业废弃物（单宁和皮胶原）转化为铁掺杂生物炭催化剂的创新策略，用于激活过硫酸盐降解工业废水中的邻苯二酚。通过简单煅烧工艺制备的Fe-CL/WT@BC具有丰富的C=O基团、Fe(II)物种、结构缺陷和吡咯氮等活性位点，可协同引发自由基（·OH、·SO₄⁻）和非自由基（¹O₂、·O₂⁻）氧化路径，实现邻苯二酚的高效降解（60分钟降解率84%）。实验表明，Fe(II)通过与PS的相互作用引发·SO₄⁻生成，随后转化为·OH和¹O₂；同时，生物炭作为电子介体促进Fe(II)/Fe(III)循环，增强PS活化效率。邻苯二酚通过开环、脱氢和加成反应逐步矿化为小分子酸和CO₂/H₂O。Fe-CL/WT@BC在复杂水质（含Cl⁻、HCO₃⁻等）中表现优异抗干扰性，且循环使用3次后仍保持72.7%的降解效率。本研究为皮革废弃物的高值化利用。


  　Part 2 图文导读


图1. 扫描电镜表征：CL@BC (a)，WT@BC (b)，CL/WT@BC (c)，Fe-CL/WT@BC (d)；Fe-CL/WT@BC能量色散X射线面扫图谱：C元素(e)，O元素(f)，N元素(g)，Fe元素(h).

图2. CL@BC、WT@BC、CL/WT@BC和Fe-CL/WT@BC的比表面积对比分析(a)、XRD图谱(b)、FT-IR图谱(c)和Raman图谱(d).


图3. 不同工艺对比条件下邻苯二酚降解(a)和过硫酸盐浓度衰变情况(b)；不同催化剂活化过硫酸盐降解邻苯二酚效能对比(c).

图4. (a)不同猝灭剂对PS/Fe-CL/WT@BC工艺降解邻苯二酚的影响；电子顺磁自旋共振波谱检测•OH和SO₄•−(b)、O2•−(c)和1O2(d).

图5. Fe-CL/WT@BC反应前后的XRD表征(a)、Raman表征(b)和FTIR表征(c).

图6. Fe-CL/WT@BC反应前后的XPS表征：C 1s (a)、Fe 2p (b)、N 1s (c)和O 1s (d).

图7. PS分子于Fe-CL/WT@BC上不同活性位点上相互作用构型.

图8. (a) Fe-CL/WT@BC三次回用试验效果对比；(b) PS/Fe-CL/WT@BC工艺去除邻苯二酚的降解途径分析.

图9. 水中基质对PS/Fe-CL/WT@BC工艺去除邻苯二酚的影响：(a) Cl−、(b) HCO3–、(c) CO32-和(d) HA.


　　论文信息Fe-doped tannin-derived biochar inducing radical/nonradical oxidation pathways toward catechol abatement: a strategy of turning waste in leather industry into treasure to drive carbocatalysis-mediated persulfate activation．Tengzhou Deng, Xin Cheng *, Yuling Tang, Jianfei Zhou *, Bi Shi．
　　文章链接:https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.133482
作者简介
　　第一作者  邓藤洲，四川大学轻工科学与工程学院硕士研究生。主要从事制革厂废水的相关研究。
　　通讯作者  程鑫，博士，副研究员。主要专注于高级氧化技术的水处理应用与生物质材料的高值化利用驱动碳催化工艺开发，研究成果累计被引超过4000次(Google Scholar统计)，H因子28，自2022年起连续入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单。
　　通讯作者  周建飞，博士，教授，博士生导师。四川大学轻工科学与工程学院副院长，制革清洁技术国家工程实验室（四川大学）副主任，温州鞋革产业研究院院长，浙江省海宁皮革制品块状经济转型升级专家服务组流动专家。主要从事清洁技术、污染物防控技术、轻工领域工业互联网技术和固废资源化利用技术的研究。作为项目负责人或主研承担国家重点研发计划项目、国家863课题、国家支撑计划课题、国家自然科学面上基金、省级重大专项等项目10余项，企业横向20余项（其中：国际企业横向3项），近五年作为负责人科研经费超6600万元，到校经费超1700万元。研究成果获得省级科技进步二等奖2项、三等奖2项。作为负责人或主要完成人制定国际/国家/行业标准10项，授权国家发明专利20余项，发表论文60余篇，出版教材2部。