四氧化三鐵磁性光催化劑降解水中有機污染物技術綜述

高文昱

（吉林師范大學化學學院，吉林四平136000）

隨著工業的快速發展，染料、農藥、蒽和酚類偶氮染料等液體廢物的生物降解性低、高濃度、毒性大和化學結構穩定，這些有機污染物已經成為現代河水污染的主要原因。因為其化學性質穩定所以很難在自然環境下自行分解，而且其中大多數具有毒性，嚴重危害人類的健康[1]。光催化降解技術始于1972年[2]，是近30年來發展出現的一種新型的廢水處理方法。從70年底開始，關于光催化降解處理各種污染物的廢水的報道越來越多。然而，催化劑因其納米顆粒太小，不能與反應混合物分離，特別是在廢水的光催化處理過程中，由于分離困難造成的光催化劑納米顆粒損失很大并且對環境形成了二次污染。為了在保證高光催化活性的同時，解決催化劑的分離和回收的基本問題。磁性光催化劑應景出世，不僅最大限度地提高了光催化的效果，而且解決了固-固、固-液、固-氣分離和回收催化劑的問題。本文綜述了磁性光催化劑的合成方法、光催化降解技術的發展和研究現狀、并探討了開發磁光催化劑的前景。

1 磁性光催化劑制備的基本方法

1.1 水熱法

水熱法是由地質學家M urchi son提出的，之后慢慢建立了水熱合成理論，并開始用這種方法來制備其它功能材料。因為水熱法可以創造一個高溫高壓的反應條件，這可以改變許多物質的洛解度，使難溶或者不溶的物質變得可溶。水熱法的反應一般在反應釜中，通常以水為溶劑，反應的溫度一般在100-250℃，可以產生的高壓在10-100 M Pa之間。根據自身的反應類型不同水熱反應又可分為水熱沉淀、水熱合成、水熱氧化、水熱還原、水熱結晶和水熱合成等[3-5]。蘭州大學薛德勝教授課題組采用了水熱合成法制備了Fe3O4納米顆粒，將Fe3O4納米顆粒沉積在g-C3N4納米片上，得到Fe3O4/g-C3N4磁性光催化劑[6]。水熱法合成Fe3O4納米顆粒純度高、分散性好、晶形好且可控制,生產成本低。

1.2 溶劑熱法

溶劑熱法則是水熱法的發展，與水熱法的不同點在于其反應釜內所使用的溶劑不再是水，而是氨水、酒精、苯等。由于有機溶劑多種多樣，這大大增加了溶劑熱法的適用范圍，越來越受到人們的重視。吉林農業大學資源與環境學院蘇小四教授課題組成功用溶劑熱合成Fe3O4納米顆粒并成功與Bi2W O6進行參雜合成了Fe3O4/Bi2W O6[7]磁性光催化劑。

1.3 原位生長法

原位生長法是在反應物內部生成加強相，減少了強制法加強相的表面污染、加強相與基體間界面反應等主要弱點。原位生長法的原料種類繁多，工藝相對簡單，生產成本低，適合大規模工業化生產，是一種很有前景的合成技術。Vi shnu Shanker教授代領他的團隊在2013年10月成功研究出了原位生長法，將Fe3O4負載到了g-C3N4并做了表征[8]，更重要的是Fe3O4/g-C3N4可以磁性回收。

2 光催化降解技術的發展和研究現狀

光催化降解技術是20世紀末才出現的污水處理的新技術。1976年John.H.Carey[9]用光催化技術使多氯聯苯脫氯。1977年S.N.Frand[10]用氙燈作為光源,發現二氧化鈦能有效將CN-催化為CNO-,并且在二氧化鈦光催化降解污水中有機物方面也取得了極大的成果,從此光催化降級有機物污染物的技術取得了很大進展。在當代隨著環境污染的日益嚴重,光催化法被應用于液體和氣體中一些難降解有毒有害污染物的研究,并取得了明顯的效果。發現鹵代脂肪烴、酚類、染料、農藥等都能高效地進行光催化降解反應,最終生成二氧化碳、水和無機鹽等,從而達對污染物的處理,減少了對環境的污染及對人類生命健康的危害。

3 磁性光催化劑的發展前景

綜上所述光催化技術在廢水處理上雖然可以高效的降解有機污染物但也存在難以回收再利用的缺點。為了保證較高的光催化效率的前提下解決光納米顆粒催化劑的分離回收這一關鍵問題。磁性光催化劑作為一種新型的光催化材料在水處理方面有著廣泛的前景特別是能有效的解決粉體光催化劑的固-固、固-液、固-氣分離回收難的問題，還會協同擴大催化劑的比表面積增加可見光的吸收效率，使得關于磁性催化劑方面的研究必將收到人們極大的關注。