铁基催化剂应用于非均相光芬顿技术的研究进展

科研开发2019·03183ChenmicalIntermediate当代化工研究铁基催化剂应用于非均相光芬顿技术的研究进展＊宋思扬赵焕新（沈阳化工大学环境与安全工程学院辽宁110142）摘要：非均相光芬顿技术是高级氧化技术的一种，既能克服传统芬顿法的缺点，又能够保持较高的催化效率。本文概述了铁基催化剂在非均相光芬顿反应中的应用，结果发现铁氧化物/半导体材料催化剂具有可见光响应性，为该反应体系应用于实际工作中提供了新的思路。关键词：非均相光芬顿；铁氧化物；半导体；可见光中图分类号：T文献标识码：AResearchProgressinApplicationofIron-basedCatalyststoHeterogeneousPhotoFentonTechnologySongSiyang,ZhaoHuanxin(CollegeofEnvironmentalandSafetyEngineering,ShenyangUniversityofChemicalTechnology,Liaoning,110142)Abstract：Heterogeneousphoto-Fentontechnologyisoneoftheadvancedoxidationtechnologies,whichcannotonlyovercometheshortcomingsofthetraditionalFentonmethod,butalsomaintainhighcatalyticefficiency.Inthispaper,theapplicationofiron-basedcatalystinheterogeneousphoto-Fentonreactionissummarized.Theresultsshowthattheironoxide/semiconductormaterialcatalysthasvisiblelightresponsiveness,whichprovidesanewideafortheapplicationofthereactionsysteminpracticalwork.Keywords：heterogeneousphoto-Fenton；ironoxide；semiconductors；visiblelight自从1894年FentonHJ发现了芬顿（Fenton）试剂，Fenton反应因其简单、快速、氧化能力强等特点备受关注。在Fenton反应中，Fe2+与H2O2反应，生成羟基自由基(·OH)，·OH具有强氧化性，可降解水中的大多数的有机物。在光助条件下，固相含铁材料作为催化剂的非均相光Fenton体系，不仅加速了Fe3+的还原，促进了·OH的产生，加速了体系对有机物的降解速率，还可以克服了传统Fenton法中催化剂难分离、pH适用范围窄、铁泥产量大且造成二次污染等缺点。1.铁氧化物(1)铁氧化物在自然界中，存在着许多种类的铁氧矿物，这些铁氧矿物中存在着铁氧化物，例如赤铁矿(α-Fe2O3)、磁铁矿（Fe3O4）、针铁矿(α-FeOOH)等。这些铁氧化物在光Fenton反应下具有一定的反应活性，而且铁氧化物的制作成本低、方法简单、毒性小，因此可将铁氧化物作为催化剂应用于光Fenton反应降解水中有机污染物的研究中。He等和Li等利用α-FeOOH为非均相光Fenton催化剂分别降媒染黄和双酚A，实验证明了该反应体系不仅有效扩展了pH的适用范围，而且催化剂具有良好的稳定性。根据前者的实验可知，α-Fe2O3是良好的Fenton催化剂，特殊形态的α-Fe2O3具有更好的催化活性，Zhao等合成了具有多面体、椭圆和圆柱体的α-Fe2O3，其中多面体的α-Fe2O3的催化活性更好。与普通的α-Fe2O3相比，Zhang等制备的核壳结构的α-Fe2O3在光Fenton反应中对MB的降解率提高了近20倍。梁大鑫等利用溶剂热法成功地制备了具有特殊形貌Fe3O4催化剂，光Fenton降解亚甲基蓝（MB）的实验证明了Fe3O4微球具有良好的催化降解性能，MB的降解率可达95%以上；而且Fe3O4微球的重复性能良好，在重复使用的过程中，MB的降解率与第一次使用时几乎相同。不仅如此，该样品可以利用磁场将其分离，易回收，其回收率可至90%。也有研究者制备含有两种铁氧化物的催化剂，以提高催化剂的光Fenton降解效果，例如FeOOH/Fe2O3、Fe3O4@FeOOH、Fe3O4@Fe2O3。(2)零价铁(ZVI)在含铁的材料中，ZVI的价态最低，具有很强的还原性，在水中会生成铁氧化物，这些铁氧化物对有机物具有良好的吸附性能，因此可将ZVI应用于光Fenton高效降解有机污染物的研究中。Dehghani等探索了ZVI的光Fenton法降解