含鐵元素的催化材料用于光降解的研究進(jìn)展

秦翰林

（韓城市工業(yè)和信息化局，陜西 韓城 715400）

光降解是污水處理行業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，也是化工理論中研究的熱點問題。自20世紀(jì)90年代以來，中國知網(wǎng)相關(guān)文獻(xiàn)研究數(shù)量已達(dá)到1萬篇以上，尤其是在2000年以后，文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的態(tài)勢。但是其中關(guān)于含鐵元素化合物的研究文獻(xiàn)數(shù)量較少，少數(shù)學(xué)者近年來開始了相關(guān)方面的研究，為提升含鐵元素催化材料在光降解方面的應(yīng)用水平奠定了良好的理論基礎(chǔ)。由于理論研究較為匱乏，本綜述依次對相關(guān)研究進(jìn)行簡要闡述。

1 基于鐵元素?fù)诫s催化劑的研究

將含鐵化合物作為重要物質(zhì)添加至光催化劑中，可以追溯至2000年，部分學(xué)者開展了相關(guān)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(lán)的研究中，分析了三價鐵在不同摻雜系數(shù)情形下對提升二氧化鈦光催化活性的影響，為后續(xù)研究和實際應(yīng)用提供了實驗參考。劉金生[2]將鐵、鎘作為復(fù)合摻雜物制備了氧化鋅納米材料，分析了樣品的晶體結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)，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(yīng)用方式也不再局限于摻雜，而是根據(jù)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(xié)助催化作用的研究

由于化學(xué)工業(yè)在實際應(yīng)用過程中對環(huán)境造成的負(fù)面影響愈加嚴(yán)重，污染物形式也更趨復(fù)雜，驅(qū)使相關(guān)研究不斷深入。齊吉朋[3]用零價鐵協(xié)助二氧化鈦對2-氯萘和八氯萘進(jìn)行光降解，發(fā)現(xiàn)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(xié)同機(jī)理。梁宇坤[4]通過實驗研究，在合成生物炭負(fù)載納米零價鐵鎳的基礎(chǔ)上，對合成材料在形貌、組成和性能等方面進(jìn)行表征，并將其活化過硫酸鹽，通過脫氟脫羧反應(yīng)和哌嗪環(huán)開環(huán)等多條路徑對諾氟沙星進(jìn)行降解，將廢水中的有害物質(zhì)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(yīng)用于光降解的研究水平，對相關(guān)生產(chǎn)廠家環(huán)保污染治理工作起到了較好的指導(dǎo)作用。

3 以鐵元素為主要成分的催化材料的研究

在工業(yè)發(fā)展過程中，水污染物來源廣泛、類型復(fù)雜，基于含鐵元素的催化材料在印染行業(yè)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(guān)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(fā)生降解作用的原理，而且通過設(shè)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(jī)陰離子在實驗中對降解效果的影響進(jìn)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(xié)同腐殖酸的絡(luò)合體系下對光降解反應(yīng)的影響，其認(rèn)為在單獨作用機(jī)制下，F(xiàn)e（Ⅲ）的濃度與壬基酚的降解率之間存在較為明顯的正向關(guān)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(jié)晶度MIL-100（Fe）納米材料，對材料進(jìn)行了晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和吸光性能的表征，探究了以此為基礎(chǔ)的材料體系對羅丹明B和甲基橙等有機(jī)染料的光降解性能。同時在實際應(yīng)用過程中，該材料體系還具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，可以更好地降低應(yīng)用成本。許連池[8]將α-Fe2O3與硅藻土、C3N4等材料復(fù)合，采用不同方法制備復(fù)合光催化劑，對材料的組成成分、表面形貌、光譜性質(zhì)和比表面積進(jìn)行表征，并加入熱重分析的內(nèi)容，最后測試了復(fù)合光催化劑降解羅丹明6G和亞甲基藍(lán)的光催化性能和復(fù)合光催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性。雖然上述內(nèi)容拓寬了研究范圍，但從相關(guān)文獻(xiàn)資源可以發(fā)現(xiàn)，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(yīng)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(zhì)，目前主要是以TiO2和ZnO兩種物質(zhì)的實驗研究為主，有關(guān)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(yīng)用過程中具有材料來源廣、生產(chǎn)成本低、實驗性能好的優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景和發(fā)展空間。要提升整體研究水平和應(yīng)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(yè)生產(chǎn)范圍不斷拓展，各種新型污染源越來越多的出現(xiàn)在水污染載體中，給環(huán)保工作和日常生活都帶來了較大的影響，在相關(guān)研究中積極引入鐵元素化合物，發(fā)揮鐵元素的降解作用，對于提升研究效果具有明顯的現(xiàn)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(xié)助材料，還是基礎(chǔ)材料，要確保其應(yīng)用是為了保證整體處理效果達(dá)到最優(yōu)，不僅要確保實驗效果達(dá)到最佳，還要為實際應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。三是注重國內(nèi)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(guān)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(yè)生產(chǎn)的需要，確保實驗?zāi)軌蚋玫膽?yīng)用于污染治理，是開展研究工作的前提。