文 献 综 述
1.研究背景及意义
目前，废水中有机物的处理仍然是一个难题，必须开发可持续的创新技术来解决这一问题。而高级氧化工艺(AOPs)被认为是有机污染物完全分解的有效途径。由Fenton或类Fenton反应生成的羟基自由基(·OH)，对几乎所有的有机化合物都有很高的反应能力。但在过去的几十年里，以过氧硫酸根自由基(SO4-·)为基础的AOPs在环境修复方面引起了越来越多的研究兴趣。这是由于其氧化电位（2.5-3.1V，对比标准氢电极）高于羟基自由基（1.8V-2.7V，对比标准氢电极）。通常，SO4-·是通过加热、紫外线照射以及金属离子或金属氧化剂的催化作用活化过二硫酸盐（PDS）或过一硫酸盐（PMS）生成的。然而，加热或紫外线照射方法的高能量输入以及过渡金属/PMS系统不可避免的有毒金属浸出限制了它们的实际应用[1]。
近十年来，药品、内分泌干扰物、抗生素和个人护理用品等人为污染物在各种水体中越来越多地被发现。其中用于合成环氧树脂、聚碳酸酯、聚砜、芳族聚酯、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和阻燃剂等的双酚A(BPA)，是一种内分泌干扰物，可以模仿人体自身的荷尔蒙，并可能导致对健康的负面影响。因此在饮用之前必须将其从水中去除。研究表明石墨N键结合结构和PMS相互作用产生的1O2是主要的活性氧（ROS）。双酚A降解机理涉及三个主要途径，即羟基化，beta;-断裂和聚合反应。然而，这些途径共同导致矿化，将BPA转化为无害的二氧化碳和水[2]。
2.氮掺杂的多孔碳活化过一硫酸盐机理
在碳催化剂活化的PMS中，已经报道了两种独特的途径，即自由基途径和非自由基途径[3]。每条路径都对系统的性能有显著影响[4, 5]。PMS的活化主要是通过非自由基途径进行的。多孔碳(PC)表面首先吸附了PMS和污染物分子，吸附过程使污染物和PMS分子接近，从而发生电子转移反应。以前的研究也报道了吸附是提高各种系统中污染物氧化率的重要过程[6-8]。PC表面被认为是发生电子转移反应的理想平台，因为它包含高密度的石墨N和sp2杂化的C。Wang 等[9]研究发现随着氮含量的增加，氮掺杂的多孔碳（NPC）的催化活性并不是简单地提高了。表明除氮掺杂水平外，NPC的催化活性还可能受到其他因素的影响；同时随着碳化温度的升高，石墨化N的含量显著增加，最终占主导地位，而吡啶和吡咯N的含量下降，表明吡啶和吡咯N逐渐转化为更稳定的石墨化N。这意味着石墨化氮可能对PMS的激活起关键作用。石墨化氮是PMS吸附的活性中心，而污染物的吸附可能是通过pi;-pi;与碳或氧官能团的相互作用发生的[10, 11]。石墨平面上高度负电的N原子可以从其相邻的、较少的电负性C原子中吸引电子，从而产生缺电子的C环境。缺电子的C可以通过电子抽提反应与PMS强烈相互作用，导致形成1O2，它对有机物降解具有很强的亲电反应性[12, 13]。因此，氮在碳中的掺杂促进了NPC/PMS界面的电荷转移，从而增强了NPC上的PMS激活。
3.不同氮前体对催化剂性能的影响
目前已有将单宁酸和双氰胺用作可再生碳/氮原料通过简单的热解路线制备的新型碳催化剂（NHPC-800）[14]；利用氮含量分别为24.7wt%，6.28wt%和5.16wt%的三种富氮金属有机框架（MOF）（ZIF-8、NH2-MIL-53和IRMOF-3）合成具有不同氮物种的氮气掺杂多孔碳（NPC）[9]；利用自组装氧化石墨烯（GO）纳米片和三聚氰胺，构建具有分层多孔结构和集成宏观结构的3D氮掺杂石墨烯气凝胶（NGA）[15]。这些催化剂在激活PMS产生活性自由基（例如硫酸根和羟基）方面表现出出色的性能，伴随着丰富的边缘和皱纹，提供了足够的暴露的催化活性中心和快速的电子/质量传输。比许多流行的纳米碳和金属基催化剂表现出更卓越的催化性能。具体来说，掺杂N会诱导生成吡啶N、吡咯N和石墨N，从而改善碳催化剂对电子受体分子的电子态，破坏碳结构在电子转移反应中的惰性。所制得的材料催化性能的增强归因于吡咯N，因为它具有孤对电子和较高的电负性，可以吸引PMS的亲电子物质并驱动电子向PMS转移。
4.不同碳源对催化剂的影响
已有研究使用了各种局部可用的木质纤维素生物武器，包括废咖啡屑(SC)、香蕉皮(BP)、桔皮(OP)、锯屑(SD)和干燥叶(DL)，来制备N掺杂的多孔碳[2]。结果表明，生物废物的选择会影响氮掺杂的多孔碳本征（N掺杂的程度，%；石墨氮）和非本征（形态、比表面积））的性质，用废咖啡渣粉（PC–SC）和锯末（PC–SD）制备的NPC具有最高的石墨氮（44–46%）和比表面积（gt;400 m2g-1）。与用香蕉皮，橘皮和干叶制成的那些相比，它们的性能更好[2]。以生物质单宁酸作为可再生碳源来获得高氮掺杂的分级多孔碳板，如此获得的催化剂可以有效激活PMS降解污染物，并且比许多流行的纳米碳和金属基催化剂表现出卓越的催化性能；以沸石咪唑骨架化合物（ZIF-67）为自牺牲模板，制备一系列氮掺杂碳纳米管骨架（NCNTF），表征结果表明，所制备的氮掺杂碳纳米管具有蓬松的表面，并且许多碳纳米管根植于小的钴纳米颗粒中。碳纳米管的形成赋予氮掺杂碳纳米管骨架大量的中孔，这有利于反应物质的传质和扩散[16]。因此，碳材料的大的比表面积和丰富的中孔结构能够为PMS活化提供大量的活性位点并增强反应物的扩散，并以此影响催化剂的活性。
