[发明专利]一种电子转移过程的测定方法及其在有机污染物降解过程中的应用

说明书

本发明涉及一种电子转移过程的测定方法及其在有机污染物降解过程中的应用。其中测定电子转移的方法为：将碳材料固定在玻碳电极上构成三电极体系并将电极浸没在缓冲液中，检测在加入过硫酸盐后碳材料的开路电位，并以其为初始电位，记录加入供电子化合物前后电流增值，根据电流增值情况，判断其电子转移难易程度。本发明通过开路电位和计时电流偶联法，更准确的揭示碳材料活化过硫酸盐的非自由基电子转移过程，并将此方法应用于碳材料活化过硫酸盐体系的有机污染物降解过程，直接判定有机污染物降解情况，为有机污染物控制技术的研发提供新思路。

技术领域

本发明涉及一种电子转移过程的测定方法，具体涉及一种碳材料活化过硫酸盐体系的电子转移过程的测定方法，及其在有机污染物降解过程中的应用。

背景技术

近年来，活化过硫酸盐高级氧化技术日益受到关注，目前常用的活化方式有热、碱、紫外光、超声、电、过渡金属和非金属活化。在这些活化方式中，非金属碳材料自身具有无毒、抗酸碱、来源广泛、丰富的孔结构和表面基团可调等独特性优势，并且在活化过硫酸盐过程中能有效避免金属类催化剂浸出和二次污染物问题，因而引起研究者的广泛关注。目前，活性炭、颗粒活性炭、活性炭纤维和生物炭等传统炭材料以及石墨烯、纳米金刚石、介孔碳、碳纳米管等纳米碳材料已被发现能有效地活化过硫酸盐快速降解有机物污染物。最初，大量研究报道的非金属碳材料活化过硫酸盐主要为自由基过程(即产生硫酸根自由基过程)。随后，研究者发现甲醇(自由基猝灭剂)并不能有效地抑制该体系中有机物的降解，认为其反应机理主要涉及非自由基过程。因此，非金属碳材料活化过硫酸盐的非自由基氧化降解有机污染物的途径逐渐被研究者认知，其中非自由基过程主要表现为电子转移过程。然而，电子转移的非自由基途径，不像自由基途径或单线态氧非自由基途径一样、可以用电子顺磁共振(EPR)技术直接证明活性物种的存在。

虽然国内外已建立了一些电子转移过程的测定方法，如线性自由能关系法(Environmental sciencetechnology,2017,51(18):10718-10728)、密度泛函理论计算法(Environmental sciencetechnology,2017,51(19):11288-11296)和线性扫描伏安法(Chemical Engineering Journal,2015,266:28-33)，但部分方法(如线性自由能关系法、密度泛函理论计算法)的测试周期较长。线性扫描伏安法因简单、高效等优势受广大研究者采纳。然而线性扫描伏安法在研究碳活化过硫酸盐的非自由基过程也存在一定的局限性：首先，碳材料一般具有较大的吸附性，在加入过硫酸盐和供电子化合物后，碳材料的表面电化学性质可能发生改变(Electrochimica Acta,2018,286:179-186)，导致背景值出现偏差影响结果。其次，碳材料表面容易在高氧化电势下发生氧化反应(Carbon,2018,140:41-56)，无法呈现原始材料在实际反应过程中的结果。最后，大部分供电子化合物在较低的氧化电位下易失去电子生成中间产物(Journal of Electroanalytical Chemistry,2011,655(1):9-16)，则在测试过程中无法说明发生转移的电子究竟是供电子化合物本身还是中间产物提供。

目前，对于碳活化过硫酸盐的非自由基途径逐渐被研究者认知，但由于缺乏合理的研究方法，导致机理的研究结果方面存在争议。因此，为了更精准的研究和揭示碳材料活化过硫酸盐的非自由基途径的电子转移过程，需要准确、简单、高效的实用检测方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种电子转移过程的测定方法，通过开路电位和计时电流偶联法，更准确的揭示碳材料活化过硫酸盐体系的非自由基途径的电子转移过程，并将此方法应用于碳材料活化过硫酸盐体系中的有机污染物降解过程中，直接判定有机污染物降解情况。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种碳材料活化过硫酸盐体系中电子转移过程的测定方法，包括以下步骤：