廣州能源所在生物質轉化鈣單原子增強類芬頓氧化效率方面取得新進展

新能源器件解構過程往往伴隨大量阻燃劑、塑化劑、全氟化合物等二次污染的發生。典型氯代有機磷阻燃劑磷酸三（2-氯乙基）酯（Tris(2-chloroethyl) phosphate,TCEP）具有化學穩定、長距離遷移、致突變性等性質，現有的吸附技術和光催化技術難以將其完全降解和低能耗修復。基于過二硫酸鹽（PDS）活化的類芬頓催化技術已經廣泛用于難降解污染物的去除，但仍存在活性位點聚集、傳質效率低等瓶頸。在資源循環和節能環保的背景下，亟需開發新的綠色技術應對二次污染（如TCEP污染）。

針對上述問題，廣州能源所城鄉礦山集成技術科研團隊提出將富含鈣、氮元素的廢棄蝦殼生物質轉化為兼具高比表面積和Ca-N_x位點的多孔生物炭載體材料，實現納米零價鐵（nZVI）的均勻分散負載和TCEP的快速吸附。結果表明，研制的鈣單原子生物炭負載納米零價鐵復合材料（Fe@Ca-N-C），通過TCEP吸附（Ca-N_x位點）和PDS活化（Fe位點）的協同作用實現了TCEP的高效去除（下圖）；Ca-N_x位點對TCEP具有較高的吸附能（尤其是Ca-N₁位點，-0.894 eV），高于N_x位點的10倍；Fe位點（Fe⁰和Fe²⁺）將PDS活化為表面鍵合的羥基自由基（HO?_free），通過C-O鍵斷裂和C-Cl鍵羥基化完全去除TCEP，且在連續流動反應柱中運行72小時零檢出。本研究為鈣單原子應用和TCEP污染修復提供了理論與技術見解。

Ca-N_x位點和Fe位點協同實現TCEP降解示意圖

該研究得到了國家自然科學基金面上項目和廣東省自然科學基金面上項目的資助。相關研究以The isolated Ca-N_x sites in biochar boosting Fe catalyzed Fenton-like oxidation of Tris(2-chloroethyl) phosphate: Properties,mechanisms,and applications為題發表于Applied Catalysis B: Environment and Energy。論文通訊作者為廣州能源所李良忠研究員，第一作者為陽宸煜研究實習員。

論文連接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125056