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基于过氧单硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺（AOPs）降解磺胺甲恶唑（SMX）是消除可持续污染的有效和环保的方法。本研究采用一锅法合成了一种负载Ru （N-rGO-Ru）活性位点的n掺杂石墨烯活化剂。N-rGO-Ru中的Ru以簇键形式存在，形成了Ru- n键。在优化条件下，（0.02 g·L−1）N-rGO-Ru通过单线态氧（1O2）介导的非自由基途径，在120 min内脱除了92 %的SMX，速率常数（k = 0.0214 min−1），猝灭实验和电子顺磁共振（EPR）波谱证实了这一点。N-rGO-Ru催化剂对共存阴离子（如Cl−，HCO3−）表现出优异的耐受性，并在5个循环后保持80 %的效率，同时最大限度地减少金属浸出（<16 μg·L−1），突出了其强大的稳定性和可重复使用性。LC-MS分析确定了四种降解途径，包括羟基化、磺胺键裂解、开环和偶联反应，ECOSAR模型证实与SMX相比，中间体的急性和慢性毒性显著降低。理论计算表明，Ru-N位点提高了PMS的吸附能（- 4.8 eV）和电子转移效率，从而促进了高效活化。本研究结果表明，钌基材料可用于废水中SMX的有效去除和解毒。
引言
现有AOPs存在机制不清、稳定性差、二次污染等问题。因此，本研究提出了一种新的机理，突破了催化剂的应用能力，验证了该工艺的环境友好性。因此，在本研究中，n掺杂石墨烯首次与Ru活性位点结合，通过Ru的高催化活性和n掺杂的电子调制能力来提高PMS的激活效率。
本工作旨在
- 考察催化剂用量、PMS浓度、初始pH、无机阴离子等因素的影响。
- 验证系统中是否存在活性物质，包括淬火实验和EPR。
- 研究催化剂的稳定性和选择性，包括循环测试实验和对不同污染物的降解。
- 通过理论与实验相结合的方法研究PMS的活化机理。
- 探索环境的影响，包括钌离子浸出实验、LC-MS检测、总有机碳（TOC）测定和毒性分析。
研究意义
通过简单的一锅法成功地合成了N-rGO-Ru，所得到的材料随后用于PMS活化，以去除水中的SMX。其中，N-rGO-Ru和PMS对SMX的去除率在120 min内达到92 %。表征结果表明，Ru以Ru- n配位配合物的形式负载在C-N的主链上。N- rgo -Ru催化剂中的Ru/N偶联不仅暴露了活性位点，提高了位点的可及性，而且增强了电子转移，加速了PMS的分解。与传统的PMS系统（自由基途径）相比，非自由基1O2途径已被证明具有更高的稳定性和选择性，证明了适应自然环境中复杂水质的能力。其次，低Ru负载和较低的PMS消耗已被证明可以降低总体应用成本和生态风险。N-rGO-Ru已被证明具有高活性和稳定性，即使在实验过程重复五次后也显示出持续的活性。此外，低离子浸出率已被证明对环境基本无害。假设SMX在N-rGO-Ru/PMS体系中的分解是由于C-N键断裂、S-N键断裂、直接氧化和羟基化。在N-rGO-Ru/PMS体系中观察到的SMX分解中间体的低毒性表明存在解毒过程。计算结果表明，钌在催化剂中的掺杂可以提高电荷转移效率，增加活性位点的数量。本研究提出了一类具有强大PMS活化能力的新型催化剂，为推进废水处理提供了一条有前途的途径
文献信息
Keke Zhi, Dong Liu, Jiajun Xu, Zhe Li, Shi Li, Lingjie Luo, Guifan Gong, Runyao Han, Aoxiang Yin, Lianghui Guo, N-doped graphene loaded with Ru sites as PMS activators for SMX degradation via non-radical pathway: efficiency, selectivity and mechanism, Chemical Engineering Journal, 2025, https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162230
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