第一章概述1
第一节环境与催化1
第二节环境催化的定义、研究对象和任务2
第三节环境催化材料的概念与发展3
第四节环境催化技术的概念与发展4
一、生物催化技术5
二、环境催化技术6
三、新型催化技术10
第五节常用的表征手段11
一、比表面积11
二、孔结构13
三、机械强度14
四、微观结构与物化性能14
思考题23
参考文献23

第二章环境催化材料分类和制备24
第一节金属基催化材料24
一、金属基催化材料的结构特点24
二、金属基催化材料的合成方式26
三、金属基催化材料的分类27
第二节磁性催化材料27
一、直接包覆型磁性催化剂28
二、非直接包覆型磁性催化剂28
三、负载型磁性催化剂30
四、本身具有磁性的催化剂30
第三节碳基催化材料32
一、活性炭基催化材料32
二、炭黑基催化材料32
三、石墨基催化材料33
四、生物炭基催化材料33
五、新型碳载体催化材料35
第四节异质结构催化材料35
一、g-C3N4光催化剂35
二、传统g-C3N4基异质结构光催化剂36
三、Z-scheme型催化材料39
第五节环境催化材料制备方法41
一、浸渍法41
二、沉淀法41
三、混合法42
四、离子交换法42
五、水热合成法42
六、其他方法42
思考题43
参考文献43

第三章环境催化技术的分类45
第一节Fenton/类Fenton技术45
一、均相芬顿技术45
二、非均相芬顿技术46
第二节光催化技术48
一、水处理中常用的光催化剂48
二、非均相光催化剂在水处理中的应用50
三、非均相光催化技术的未来发展51
第三节电催化技术52
一、电催化技术所需的电极材料53
二、电催化技术的应用54
第四节臭氧催化技术55
一、均相催化臭氧氧化技术56
二、非均相催化臭氧氧化技术56
三、非均相催化臭氧氧化技术的影响因素58
第五节过硫酸盐催化技术59
一、硫酸根自由基的产生及降解作用59
二、基于硫酸根自由基的高级氧化工艺技术的优势60
思考题60
参考文献61

第四章环境催化材料的作用机理64
第一节催化位点64
一、表面氧缺陷64
二、助催化剂的负载65
三、金属或非金属掺杂65
四、单原子催化剂66
五、纳米团簇66
六、纳米颗粒66
第二节自由基机理67
一、芬顿/类芬顿反应67
二、光催化68
三、热催化69
四、电催化69
第三节非自由基机理70
一、均相类酶反应体系70
二、非均相活化过硫酸盐体系70
第四节环境催化材料的密度泛函理论计算71
一、密度泛函与过渡态理论71
二、密度泛函理论的发展72
三、环境催化材料的DFT计算72
四、金红石TiO2纳米晶生长偏好模型72
思考题73
参考文献74

第五章环境催化材料在重金属钝化中的应用与机理探究77
第一节环境中重金属的来源及危害77
一、环境中重金属的来源77
二、重金属对环境和人体健康的危害79
第二节环境催化材料钝化重金属的研究80
一、环境催化材料的概述80
二、常见环境催化材料及其钝化重金属的研究进展81
第三节环境催化材料钝化重金属的影响因素84
一、环境催化材料的性质84
二、重金属的性质85
三、环境因素86
第四节环境催化材料钝化重金属的机理88
一、物理吸附机理88
二、化学吸附机理88
三、氧化还原机理89
四、生物作用机理90
思考题91
参考文献91

第六章环境催化材料在新污染物去除方面的应用94
第一节新污染物概述94
一、新污染物的由来94
二、新污染物的治理方法95
第二节环境催化材料去除药品与个人护理品的研究97
一、TiO2降解PPCPs98
二、赤铁矿降解PPCPs100
第三节环境催化材料去除内分泌干扰物的研究102
一、激素和类固醇的降解103
二、杀虫剂和除草剂的降解104
三、聚合物添加剂的降解104
第四节环境催化材料去除二英的研究105
一、贵金属催化剂降解二英类化合物106
二、过渡金属氧化物催化剂降解二英类化合物107
三、钙钛矿型催化剂降解二英类化合物108
思考题108
参考文献108

第七章环境催化材料在湖库藻类控制方面的应用114
第一节湖库蓝藻水华概述114
一、蓝藻水华的定义与基本特征114
二、蓝藻水华的成因及影响因素114
三、蓝藻水华的发展机制115
四、蓝藻水华的环境与社会危害115
第二节环境催化材料去除藻类的研究116
一、光催化材料116
二、基于过硫酸盐活化的催化材料117
三、芬顿及类芬顿催化材料118
四、关键影响因素与作用机制表征119
第三节环境催化材料去除藻毒素的研究120
一、光催化材料去除藻毒素121
二、催化氧化材料去除藻毒素121
三、环境催化材料去除藻毒素的应用案例及前景122
第四节环境催化材料对蓝藻和藻毒素的协同去除研究123
一、环境催化材料对蓝藻和藻毒素的去除机制123
二、环境催化材料在蓝藻和藻毒素去除中的应用124
思考题126
参考文献126

第八章环境催化材料在全氟和多氟化合物去除方面的应用130
第一节环境中全氟和多氟化合物的来源130
一、空气中的全氟和多氟化合物污染131
二、水环境中的全氟和多氟化合物污染132
三、土壤及沉积物中的全氟和多氟化合物污染133
四、全氟和多氟化合物在水生动物和人体内的污染状况134
第二节环境中全氟和多氟化合物的危害135
一、器官和神经毒性135
二、免疫和内分泌毒性136
三、生殖及发育毒性137
第三节环境催化材料去除全氟和多氟化合物的研究137
一、物理去除行为及机制138
二、化学去除行为及机制139
三、电化学去除应用141
第四节环境催化材料去除全氟和多氟化合物的影响因素142
一、混凝剂投加量的影响142
二、溶液pH值的影响143
三、絮凝时间的影响144
四、初始浓度的影响144
第五节环境催化材料去除全氟和多氟化合物的机理145
思考题149
参考文献149

第九章环境催化材料在微塑料去除方面的应用153
第一节环境中微塑料的来源及危害153
一、环境中微塑料的原生来源153
二、环境中微塑料的次生来源154
三、环境中微塑料的危害156
第二节环境催化材料去除微塑料的研究157
一、高级氧化法降解微塑料158
二、光催化降解微塑料158
第三节环境催化材料去除微塑料的影响因素159
第四节环境催化材料去除微塑料的机理161
思考题162
参考文献162

第十章环境催化材料在温室气体治理方面的应用165
第一节环境中CO2的来源及危害165
一、CO2的主要来源165
二、CO2的环境与生态危害166
第二节环境催化材料还原CO2的研究166
一、单一半导体光催化还原CO2的应用166
二、复合半导体光催化还原CO2的应用167
三、金属、非金属或金属阳离子掺杂半导体光催化还原CO2的应用167
第三节环境催化材料还原CO2的影响因素168
一、催化剂本征特性168
二、反应条件169
三、反应器类型与工程因素171
四、失活机理与稳定性提升172
第四节环境催化材料还原CO2的机理173
一、热催化还原CO2173
二、光催化还原CO2173
三、电催化还原CO2174
四、生物催化还原CO2174
五、其他催化体系174
思考题175
参考文献175

第十一章环境催化材料未来发展前景177