含鐵元素的催化材料用于光降解的研究進展

秦翰林

（韓城市工業和信息化局，陜西 韓城 715400）

光降解是污水處理行業中的重要環節，也是化工理論中研究的熱點問題。自20世紀90年代以來，中國知網相關文獻研究數量已達到1萬篇以上，尤其是在2000年以后，文獻數量呈現逐年遞增的態勢。但是其中關于含鐵元素化合物的研究文獻數量較少，少數學者近年來開始了相關方面的研究，為提升含鐵元素催化材料在光降解方面的應用水平奠定了良好的理論基礎。由于理論研究較為匱乏，本綜述依次對相關研究進行簡要闡述。

1 基于鐵元素摻雜催化劑的研究

將含鐵化合物作為重要物質添加至光催化劑中，可以追溯至2000年，部分學者開展了相關方面的研究。徐博[1]在基于摻雜Fe3+的二氧化鈦光催化降解次甲基藍的研究中，分析了三價鐵在不同摻雜系數情形下對提升二氧化鈦光催化活性的影響，為后續研究和實際應用提供了實驗參考。劉金生[2]將鐵、鎘作為復合摻雜物制備了氧化鋅納米材料，分析了樣品的晶體結構和光譜性質，研究了不同條件下的催化材料的光降解性能，最終篩選出具有最佳降解效果的催化材料。隨后幾年，鐵元素的應用方式也不再局限于摻雜，而是根據實際需要制備出更有針對性的含鐵元素催化材料。

2 基于零價鐵協助催化作用的研究

由于化學工業在實際應用過程中對環境造成的負面影響愈加嚴重，污染物形式也更趨復雜，驅使相關研究不斷深入。齊吉朋[3]用零價鐵協助二氧化鈦對2-氯萘和八氯萘進行光降解，發現零價鐵能有效提升UV/TiO2體系的光催化降解性能，但并未揭示出零價鐵與二氧化鈦的協同機理。梁宇坤[4]通過實驗研究，在合成生物炭負載納米零價鐵鎳的基礎上，對合成材料在形貌、組成和性能等方面進行表征，并將其活化過硫酸鹽，通過脫氟脫羧反應和哌嗪環開環等多條路徑對諾氟沙星進行降解，將廢水中的有害物質最終分解為二氧化碳和水。該研究不僅提升了零價鐵催化材料應用于光降解的研究水平，對相關生產廠家環保污染治理工作起到了較好的指導作用。

3 以鐵元素為主要成分的催化材料的研究

在工業發展過程中，水污染物來源廣泛、類型復雜，基于含鐵元素的催化材料在印染行業的污水處理中具有良好的效果，能夠起到更加明顯的降解作用，相關研究也隨之深入。歐曉霞[5]開展了光/Fe（Ⅲ）體系在降解羅丹明B水溶液方面的研究，不僅闡明了羅丹明B發生降解作用的原理，而且通過設定實驗條件將整體去除率提升到接近100%的水平，同時對、和等無機陰離子在實驗中對降解效果的影響進行了探究。莊曉虹[6]在模擬日光輻射的條件下，研究了鐵離子、銅離子在協同腐殖酸的絡合體系下對光降解反應的影響，其認為在單獨作用機制下，Fe（Ⅲ）的濃度與壬基酚的降解率之間存在較為明顯的正向關系，而在加入腐殖酸的情形下，會將整體降解性能提升到更高水平。劉湘粵[7]利用亞鐵鹽低成本制備高結晶度MIL-100（Fe）納米材料，對材料進行了晶體結構、表面形貌和吸光性能的表征，探究了以此為基礎的材料體系對羅丹明B和甲基橙等有機染料的光降解性能。同時在實際應用過程中，該材料體系還具有較好的循環穩定性和水穩定性，可以更好地降低應用成本。許連池[8]將α-Fe2O3與硅藻土、C3N4等材料復合，采用不同方法制備復合光催化劑，對材料的組成成分、表面形貌、光譜性質和比表面積進行表征，并加入熱重分析的內容，最后測試了復合光催化劑降解羅丹明6G和亞甲基藍的光催化性能和復合光催化劑的循環穩定性。雖然上述內容拓寬了研究范圍，但從相關文獻資源可以發現，基于含鐵元素的催化材料在光降解方面的研究所占比例仍較低，整體上還無法建立起完善的理論研究和應用體系。

4 展望

過渡元素化合物是光催化研究中的重點物質，目前主要是以TiO2和ZnO兩種物質的實驗研究為主，有關鐵元素化合物的研究還不夠具體深入，但鐵元素化合物在實際應用過程中具有材料來源廣、生產成本低、實驗性能好的優勢，具有廣闊的市場前景和發展空間。要提升整體研究水平和應用推廣力度，需從三方面入手：一是積極拓展研究寬度。隨著工業生產范圍不斷拓展，各種新型污染源越來越多的出現在水污染載體中，給環保工作和日常生活都帶來了較大的影響，在相關研究中積極引入鐵元素化合物，發揮鐵元素的降解作用，對于提升研究效果具有明顯的現實意義。二是積極提高研究深度。無論是將鐵元素材料作為協助材料，還是基礎材料，要確保其應用是為了保證整體處理效果達到最優，不僅要確保實驗效果達到最佳，還要為實際應用奠定良好基礎。三是注重國內外研究成果的吸收利用。由于我國早期在水污染治理方面的重視程度不足，使得相關的理論研究與實際需要之間存在較大的差距，實驗研究無法得到重視，更無法滿足工業生產的需要，確保實驗能夠更好的應用于污染治理，是開展研究工作的前提。