利用负载有MnRu的高孔隙度活性炭结合臭氧高效降解N,N-二甲基乙酰胺，且不会产生污泥

《Sustainable Environment Research》：Efficient degradation of N, N-dimethylacetamide using high-porosity activated carbon loaded with MnRu combined with ozone without sludge formation

　　

摘要

传统的N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）降解方法通常会产生大量污泥，并且运营成本较高。本研究提出了一种基于负载锰和钌的活性炭（AC-MnRu）与臭氧结合的高级氧化工艺（AOP），以克服这些挑战。通过扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线吸附近边结构谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱仪和X射线衍射等手段对AC-MnRu的结构和化学性质进行了表征。在最佳条件下（催化剂用量：20 g L^-1，pH值：10，臭氧流量：2.8 g h^-1，温度：80°C，DMAC初始浓度：1800 mg L^-1），该催化剂在首次循环中实现了超过95%的DMAC降解和98%的化学需氧量（COD）去除率。这一性能显著优于单独使用活性炭氧化（COD去除率为25%，DMAC去除率为35%）或单独使用臭氧氧化（COD去除率为14%，DMAC去除率为30%），且过程中没有产生污泥。此外，长期稳定性测试表明，AC-MnRu/O?系统在经过六次重复使用后仍能保持89%的DMAC去除率，证实了其持续的催化活性。自由基清除实验表明，羟基自由基、超氧自由基和单线态氧是主要的反应物种。在实际废水处理中，AC-MnRu/O?系统在六次循环后实现了80%的DMAC去除率和78%的COD去除率（初始COD浓度为1542 mg L^-1，DMAC浓度为770 mg L^-1），显示出其在工业应用中的潜力。这些结果凸显了AC-MnRu/O?系统作为一种高效且可持续的高浓度工业废水处理策略的巨大潜力。

传统的N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）降解方法往往会产生大量污泥，并且运营成本较高。本研究提出了一种基于负载锰和钌的活性炭（AC-MnRu）与臭氧结合的高级氧化工艺（AOP），以克服这些挑战。通过扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线吸附近边结构谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱仪和X射线衍射等手段对AC-MnRu的结构和化学性质进行了表征。在最佳条件下（催化剂用量：20 g L^-1，pH值：10，臭氧流量：2.8 g h^-1，温度：80°C，DMAC初始浓度：1800 mg L^-1），该催化剂在首次循环中实现了超过95%的DMAC降解和98%的化学需氧量（COD）去除率。这一性能显著优于单独使用活性炭氧化（COD去除率为25%，DMAC去除率为35%）或单独使用臭氧氧化（COD去除率为14%，DMAC去除率为30%），且过程中没有产生污泥。此外，长期稳定性测试表明，AC-MnRu/O?系统在经过六次重复使用后仍能保持89%的DMAC去除率，证实了其持续的催化活性。自由基清除实验表明，羟基自由基、超氧自由基和单线态氧是主要的反应物种。在实际废水处理中，AC-MnRu/O?系统在六次循环后实现了80%的DMAC去除率和78%的COD去除率（初始COD浓度为1542 mg L^-1，DMAC浓度为770 mg L^-1），显示出其在工业应用中的潜力。这些结果凸显了AC-MnRu/O?系统作为一种高效且可持续的高浓度工业废水处理策略的巨大潜力。