光-Fenton氧化技術研究進展及其處理水中典型新污染物的應用

張家鑫,馬寧,張輝,谷晶,楊國軍,李章良,王華*

(1.大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院,遼寧 大連 116023;2.北京師范大學環(huán)境學院,北京 100875;3.北京市排水管理事務中心,北京 100195;4.莆田學院環(huán)境與生物工程學院,福建 莆田 351100;5.福建省新型污染物生態(tài)毒理效應與控制重點實驗室,福建 莆田 351100)

近年來,隨著城鄉(xiāng)居民生活水平的不斷提高,人們對水產(chǎn)品的需求量日益增多[1]。當前水產(chǎn)品的保供主要靠兩種途徑來實現(xiàn),即水產(chǎn)養(yǎng)殖和捕撈[2]。中國是世界主要漁業(yè)大國, 2022年中國水產(chǎn)品總量達6865.91萬t,養(yǎng)殖產(chǎn)量達5565.46萬t,養(yǎng)殖面積達7107.50千hm2,水產(chǎn)養(yǎng)殖面積、規(guī)模和體量仍在不斷增加[3-4]。中國也是世界上唯一產(chǎn)量超過捕撈量的國家,水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量連續(xù)三十多年穩(wěn)居世界第一,水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在保障食品健康安全、改善國民膳食營養(yǎng)結構、促進農(nóng)村經(jīng)濟繁榮等方面做出了重要的貢獻[5]。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)屬于高度依賴環(huán)境的產(chǎn)業(yè),養(yǎng)殖水域環(huán)境質(zhì)量狀況決定著養(yǎng)殖的成敗和水產(chǎn)品質(zhì)量的好壞,但經(jīng)濟社會的高速發(fā)展和工業(yè)化進程的持續(xù)推進導致水環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴重,水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境遭到不同程度的污染與破壞,嚴重制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。例如為防止養(yǎng)殖動物病害的發(fā)生大量漁用藥品會投加到養(yǎng)殖水體中,這些藥品往往含有大量重金屬、激素、抗生素等有毒有害物質(zhì),相關研究指出在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中投加的抗生素類藥品僅有20%～30%能被魚類所吸收,其余則會進入水體環(huán)境[7]。目前在全球各個主要水產(chǎn)養(yǎng)殖水域都已檢出濃度不等的難降解有機污染物,殘留在水體中的污染物不僅會對水生生物產(chǎn)生毒害作用,還會隨養(yǎng)殖尾水排放進入到地表水中從而對人體健康產(chǎn)生影響,因此水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境污染問題亟待解決[8]。

高級氧化技術(Advanced oxidation processes,AOPs)作為高效的水處理技術已在水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理領域得到廣泛應用,如電化學氧化技術[9]、光催化氧化技術[10-11]和臭氧氧化技術[12]等。在各類AOPs中,光-Fenton氧化技術通過將光催化氧化技術和Fenton氧化技術耦合表現(xiàn)出pH響應范圍廣、自由基產(chǎn)量多、有機污染物礦化程度高等諸多優(yōu)勢,展現(xiàn)出極大的水環(huán)境治理潛力[13-14]。但目前將光-Fenton氧化技術應用到水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理方面的研究鮮有報道,因此本研究梳理了光-Fenton氧化技術在處理難降解有機污染物方面的研究進展,為該技術在水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理領域提供理論支撐,以期該技術在水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境治理方面發(fā)揮積極作用。

1 光-Fenton氧化技術原理

光-Fenton氧化技術(photo-Fenton process)是指將太陽光引入到傳統(tǒng)的Fenton體系中,依靠光化學作用持續(xù)生成Fe2+和H2O2,并通過Fenton反應產(chǎn)生具有強氧化性的·OH實現(xiàn)有機污染物高效礦化降解的一種氧化技術。光-Fenton氧化體系主要反應過程為:Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-、Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+、Fe3++hν→Fe2+、UV+H2O2→2·OH。

2 常見的光-Fenton氧化體系類型

2.1 鐵氧化物催化劑光-Fenton氧化體系

為解決催化劑回收利用難及pH響應范圍窄的問題,以鐵氧化物替代傳統(tǒng)游離Fe2+的光-Fenton氧化體系逐漸受到人們的關注。鐵氧化物催化劑光-Fenton體系中常使用含鐵的礦物材料如赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)、針鐵礦(α-FeOOH)等[16]。Huang等[17]通過一步快速水熱法制備了磁性Fe3O4/α-FeOOH(Fe-NCs)異質(zhì)結納米復合催化劑。所制備的Fe-NCs具有高比表面積、豐富的微孔和較好的電化學性能,在可見光和H2O2同時存在的條件下,Fe-NCs光-Fenton氧化體系對四環(huán)素(TC)的降解效率能提高到96%,且在較寬的pH范圍內(nèi)也能表現(xiàn)出良好的降解和礦化作用。雖然鐵氧化物環(huán)境友好并能表現(xiàn)出優(yōu)異的光響應性能,但僅使用鐵氧化物作為催化劑的光-Fenton氧化體系還存在氧化效率較低、H2O2利用率不高、反應時間較長等問題,因此將鐵氧化物與其他具有氧化還原電位的材料結合可以很好的克服這些缺點。Qian等[18]通過原位結晶法將α-FeOOH礦物與介孔碳結合,制備出了α-FeOOH/介孔碳(α-FeOOH/MesoC)復合催化劑用于構建可見光輔助的非均相光-Fenton氧化體系(圖1)。α-FeOOH/MesoC催化劑在可見光照射下被激發(fā)產(chǎn)生e-/h+對,e-通過MesoC將MesoC≡Fe(III)還原為MesoC≡Fe(II)從而促進了MesoC≡Fe(III)/MesoC≡Fe(II)的氧化還原循環(huán),強化了與H2O2催化生成·OH的過程,最終實現(xiàn)苯酚的高效降解。

圖1 可見光照射下α-FeOOH/MesoC光-Fenton氧化體系反應過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the reaction process of α-FeOOH/MesoC photo-Fenton oxidation system under visible light irradiation

2.2 MOFs-Fe催化劑光-Fenton氧化體系

金屬-有機骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料因具有超高的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔徑、豐富的納米腔等結構特點,被認為是一種優(yōu)異的催化劑載體[19-21]。由于MOFs-Fe中存在大量的Fe-O團簇,其表現(xiàn)出非常優(yōu)異的可見光響應性能。當MOFs-Fe被光激活后會在導帶和價帶上產(chǎn)生光生電子和空穴,所產(chǎn)生的光生電子具有很強的還原能力,可在MOFs表面將Fe3+還原為Fe2+,在加入H2O2后Fe2+與H2O2反應生成大量·OH,激發(fā)有機污染物降解反應[22-23]。Wang等[24]報道了一種具有高效光-Fenton反應活性的新型MOF-Fe微米片BUC-21(Fe)。在10 W低功率LED紫外燈照射下,H2O2可捕獲電子生成·OH,Fe3+也可捕獲電子還原成Fe2+,Fe2+又與H2O2反應產(chǎn)生·OH,進而提高有機物的降解速率(圖2),該反應體系中·OH產(chǎn)生量高達242.5 μmol/L,最終能將磷酸氯喹完全降解。雖然MOFs-Fe催化劑光-Fenton氧化體系可以非常有效地去除有機污染物,但其仍舊不能完全礦化有機污染物,有的體系在降解過程中還會產(chǎn)生有害的中間體,此外絕大多數(shù)MOFs材料具脆性、不耐酸耐堿、易水解,因此在MOFs-Fe催化劑光-Fenton氧化體系中引入傳統(tǒng)的處理方法,如生物和化學(應用電場),將是未來的一個研究熱點[25]。表1總結了幾種Fe-MOFs催化劑光-Fenton氧化劑體系降解有機污染物的操作條件和降解效率。

表1 幾種MOFs-Fe催化劑光-Fenton氧化體系降解有機污染物的操作條件和降解效率Tab.1 Operating conditions and degradation efficiency of several MOFs-Fe catalyst for photo-Fenton oxidation system degradation of organic pollutants

圖2 BUC-21(Fe)片上光- Fenton反應降解磷酸氯喹的可能機理Fig.2 Possible mechanism of photo-Fenton degradation chloroquine diphosphate over BUC-21(Fe) sheet

2.3 Fe-g-C3N4催化劑光-Fenton氧化體系

圖3 Fe-CN/BWO/H2O2光-Fenton氧化降解四環(huán)素的光催化機理Fig.3 Photocatalytic mechanism over the Fe-CN/BWO/H2O2 photo-Fenton to degrade tetracycline

圖4 光/電-Fenton氧化體系反應機理示意圖Fig.4 Schematic diagram of reaction mechanism of photo/electro-Fenton oxidation system

2.4 其他過渡金屬催化劑光-Fenton氧化體系

大多數(shù)過渡金屬元素如Cu、Cr、Mn、Co等都存在可變價態(tài),也能呈現(xiàn)出與Fe3+/Fe2+類似的Fenton催化作用引發(fā)的界面電子轉(zhuǎn)移過程。通常氧化還原對標準電極電勢越大,所對應的金屬離子氧化能力越強,其活化H2O2生成·OH的速率就越快,此外金屬離子的電子構型以及金屬離子與H2O2中的過氧鍵(O=O)的相互作用也影響著催化活性,部分過渡金屬的標準氧化還原電位如表2所示。所以利用過渡金屬的可變價態(tài)性質(zhì)構建光-Fenton氧化體系也受到了廣泛的關注。Song等[38]通過水熱法成功合成了ZnWO4/Cu催化劑,在紫外光照射、投加0.4 mL H2O2的反應條件下,ZnWO4/Cu光-Fenton氧化體系120 min內(nèi)能將亞甲基藍降解97.79%,在ZnWO4表面引入零價銅(Cu0)后,Cu0不僅能催化分解H2O2產(chǎn)生·OH降解污染物,并且在Cu0表面形成的Cu2+/Cu+的還原反應還能捕獲ZnWO4產(chǎn)生的光生電子,從而抑制e-/h+復合,提高ZnWO4的光催化活性。Zhang等[39]制備了一種具有高比表面積、豐富孔隙率、良好可見光捕獲能力、CuNx位點高度分散的穩(wěn)定空心納米管催化劑Cu-HNCN,以其作為催化劑的光-Fenton氧化體系對各種抗生素污染物均表現(xiàn)出良好的降解效果。在開發(fā)高效的其他過渡金屬催化劑光-Fenton氧化體系過程中,不僅需要考慮催化效率也要考慮使用含量相對豐富、毒性較低的金屬離子,以避免給水體環(huán)境帶來二次污染。

表2 部分過渡金屬氧化還原對的標準電極電勢Tab.2 Standard electrode potential for partial transition metal REDOX pairs

2.5 光/電-Fenton氧化體系

電-Fenton氧化技術是利用電化學的方法在電極上生成Fe2+和H2O2以形成Fenton反應的一種新興高級氧化技術。當電-Fenton氧化體系加入紫外光或可見光輻照后,可增強Fe2+在電- Fenton反應過程中的催化作用,促進活性物質(zhì)的生成,因此將光化學過程與電-Fenton反應相結合的體系稱為光/電-Fenton氧化體系[40-41]。光/電-Fenton氧化體系的突出優(yōu)勢在于只需很小的外部電壓就能改善催化劑e-/h+對易復合的問題,在降低能耗的同時又進一步提高了催化性能。此外,光/電-Fenton氧化體系還可以直接利用在陰極原位產(chǎn)生的H2O2,大大節(jié)約了投加反應試劑的成本。由于光/電組合效應,光/電-Fenton氧化體系產(chǎn)生·OH等活性物質(zhì)的數(shù)量會更多,污染物的降解效率會更高。Liu等[42]通過壓縮納米Fe3O4(20%)和高純石墨(80%)制備了Fe3O4-石墨陰極,并以鉑網(wǎng)為陽極,比較了電- Fenton法、紫外輻照法和光/電- Fenton法對四環(huán)素的降解效果,結果表明,在中性條件下光/電- Fenton氧化體系加入紫外輻照可顯著提高四環(huán)素的降解速度和礦化速率,四環(huán)素幾乎被完全降解(98.3%)。不過,光/電-Fenton氧化體系也存在電流效率低、可選擇的電極材料少等缺點,因此大多數(shù)研究還停留在實驗室階段,在實際應用中的實例并不多見。

3 影響光-Fenton氧化體系效率的因素

光-Fenton氧化體系處理水體中有機污染物的性能受多種條件的影響,主要包括溶液初始pH、光源類型、Fe2+/Fe3+循環(huán)速率、溫度、催化劑和Fenton試劑濃度等等,并且光-Fenton氧化體系中·OH等活性物質(zhì)產(chǎn)生和消耗的速度在不同反應條件下也會有所差別。

3.1 溶液初始pH

溶液的初始pH是影響光-Fenton氧化體系水處理效率最關鍵因素之一。通常傳統(tǒng)Fenton反應與均相光-Fenton氧化體系實現(xiàn)污水最佳凈化效率的pH均為2～4[43],這是由于當pH接近中性時,體系中的Fe3+會絮凝成Fe(OH)3膠體或氧化鐵沉淀阻礙Fe2+/Fe3+循環(huán),導致反應不能持續(xù)進行;當pH低于3時,Fe2+易形成 [Fe(H2O)6]2+絡合物,[Fe(H2O)6]2+與H2O2的反應較慢,致使·OH的產(chǎn)量隨之下降,最終影響體系的降解效率。

3.2 光源類型

光源類型對光-Fenton氧化體系催化降解性能的影響主要體現(xiàn)在光照波長和光照強度兩個方面[46]。紫外線的輻照可加速光-Fenton氧化體系中Fe3+/Fe2+的循環(huán)和H2O2的光分解,并促進有機物污染物的光降解,據(jù)報道Fe3+在313 nm和360 nm處生成Fe2+的量子產(chǎn)率分別為0.140和0.017[47]。但需指出的是,320 nm以上波長的光不能被H2O2吸收,因此過長的波長會影響H2O2直接光解產(chǎn)生·OH,導致光-Fenton氧化體系降解效率下降[48]。

光照強度對光-Fenton氧化體系催化性能的影響主要也體現(xiàn)在Fe3+的光還原與H2O2的光分解上。一般來說,隨著光照強度的增加,污染物降解效率和H2O2分解速率常數(shù)呈線性增加,這是由于光強的增加促進了Fe3+到Fe2+的光再生速率,并且提高了由H2O2光解產(chǎn)生·OH的速率。但需注意的是,過強的光照會導致光-Fenton氧化體系溫度升高,容易使催化劑發(fā)生團聚,反而降低體系的催化性能[49]。因此,在進行光-Fenton反應實驗時通常要采用循環(huán)冷凝的方式對體系進行溫度控制,以保持整個反應過程溫度的平穩(wěn)。

3.3 Fe2+/Fe3+循環(huán)速率

Fe2+/Fe3+循環(huán)在光-Fenton氧化體系中起到重要的作用[13-14]。Fe2+與H2O2反應的速率常數(shù)為k=76M-1s-1,而Fe3+還原為Fe2+反應的速率常數(shù)為k=0.01-0.02M-1s-1,顯然相比之下Fe2+的再生速率較慢[50]。因此加快光-Fenton氧化體系中Fe2+/Fe3+循環(huán)的速率是提高反應體系催化活性的有效措施。由于固體Fe3+的還原比水相Fe3+的還原慢得多,因此可以通過額外投加Fe3+的方式促進反應體系的催化活性。Chen等[51]以BiVO4為光催化劑,開發(fā)了一種無需添加H2O2的光- Fenton氧化體系降解羅丹明B (Rh B)、羅丹明6G (Rh 6G)和諾氟沙星(NOR),在投加Fe3+的情況下,Rh 6G的降解速率比不投加Fe3+時顯著提升。Wang等[52]以熱解法制備出氧摻雜g-C3N4多孔納米片(OPCN),其在可見光下能夠選擇性地原位生成H2O2,并通過額外投加Fe3+構建了光-Fenton氧化體系,外加的Fe3+實現(xiàn)了Fe2+/Fe3+循環(huán),OPCN原位產(chǎn)生的H2O2可以被體系中還原的Fe2+高效利用,產(chǎn)生大量的·OH降解有機污染物。

3.4 溫度

溫度也會影響光-Fenton氧化體系反應的效率,通常高溫可以增強反應物和電子的轉(zhuǎn)移,從而加速催化劑的表面活化和反應效率[53]。在光-Fenton氧化體系中適當提高反應溫度可以增加Fe(OH)2+的濃度并促進光化學還原Fe3+的量子產(chǎn)率,但Fenton反應是一種典型的放熱反應,所以當溫度超過一定限度時會阻礙·OH的生成使體系的降解效率下降[13]。因此在室溫下控制體系最佳的反應溫度,增加適用的溫度范圍,可以改善光-Fenton氧化體系在實際應用的局限性。

3.5 催化劑和Fenton試劑的濃度

催化劑和Fenton試劑的濃度也是影響體系反應速率的重要參數(shù)[54]。在一定范圍內(nèi),催化劑濃度越高,催化劑的活性位點數(shù)越多,自由基數(shù)越多,催化效率越高。但當催化劑的用量過高時,將會出現(xiàn)下面兩種情況:首先,溶液中大量的催化劑會增加懸浮液的濁度,引起光散射,從而降低了體系的光傳輸和有效的光吸收;第二,高濃度催化劑將引發(fā)競爭反應使產(chǎn)生的有效自由基的數(shù)量減少。Fenton試劑的添加量也要控制在一定范圍內(nèi),添加過高濃度的H2O2不僅會增加化學需氧量(COD)值也會作為清除劑消耗體系產(chǎn)生的·OH,而Fe2+的大量增加會導致鐵鹽的利用率降低并增加溶解性總固體含量(TDS)值[50]。并且過量的Fenton試劑也會增加后續(xù)的處理成本,所以控制催化劑和Fenton試劑的用量是必要的。

4 光-Fenton氧化技術處理水中典型新污染物的應用

2022年5月24日,國務院辦公廳發(fā)布了《關于印發(fā)新污染物治理行動方案的通知》,明確指出到2025年,要動態(tài)發(fā)布重點管控新污染物清單;要使新污染物治理能力明顯增強[55]。新污染物即新型污染物,也稱新興污染物,是指那些具有生物毒性、環(huán)境持久性、生物累積性等特征的有毒有害化學物質(zhì)。目前國際上廣泛關注的新污染物主要包括持久性有機污染物、內(nèi)分泌干擾物、抗生素等[56],并且這三類新污染物在水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境中均有檢出。光-Fenton氧化體系作為高效、環(huán)境友好的水處理技術工藝,對處理各種難降解有機污染物尤其新污染物方面效果明顯、作用突出。

4.1 降解持久性有機污染物(POPs)

持久性有機污染物(Persistent organic pollutants,POPs)是一類在環(huán)境中可長時間存在且不可生物降解的有機化學物質(zhì),在環(huán)境介質(zhì)中具有高穩(wěn)定性,經(jīng)食物網(wǎng)聚集后會對人類和其他生物的生命健康產(chǎn)生不利影響[57]。中國主要水產(chǎn)養(yǎng)殖水域中各種POPs均有檢出的報道,相關研究指出即使在較低劑量下POPs也會對魚類產(chǎn)生一些非致死效應,并在蓄積的作用下可能會對魚類種群生長、繁殖和遷徙等產(chǎn)生影響[58]。酚類化合物是水中常見的典型持久性有機污染物,具有毒性強、易揮發(fā)、難降解的特點,對大多數(shù)水生生物的毒性在10～100 μg/mL,即使在1～2 μg/mL時對魚類也是有毒的[57]。Jiang等[59]將CdS/rGO/Fe2+與原位生成的H2O2構建了光- Fenton氧化體系,該體系在不用調(diào)節(jié)pH的情況下可以穩(wěn)定的降解苯酚,60 min內(nèi)對可對苯酚完全降解,TOC去除率可達43.66%。Liu等[60]和Xu等[61]分別采用納米FeO(OH)-rGA催化劑光-Fenton氧化體系和磁性納米Fe3O4/CeO2催化劑光-Fenton氧化體系對4-氯苯酚進行降解,均取得了非常好的效果。

4.2 降解內(nèi)分泌干擾物(EDCs)

內(nèi)分泌干擾物(Endocrine disrupting chemicals, EDCs)是一種外源性干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)的化學物質(zhì),即使很少的量也能干擾生物體的內(nèi)分泌系統(tǒng),導致內(nèi)分泌失衡[62]。EDCs對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的危害是巨大的,EDCs可以顯著影響影響水生生物的生理結構、繁殖能力以及種群比例[63]。水環(huán)境中常檢測到的EDCs有合成樹脂原料(雙酚A、雙酚F)、絕緣材料(多氯聯(lián)苯)、有機氯農(nóng)藥等[64]。Zhu等[65]合成了新型等離子體Ag/AgCl包覆水鐵礦(Fh)的納米顆粒(Ag/AgCl/Fh)用于降解內(nèi)分泌干擾物雙酚A(BPA),6% Ag/AgCl/Fh光-Fenton氧化體系在60 min后對BPA的降解率可達100%,經(jīng)4次循環(huán)及低鐵浸出率的情況下對BPA的催化降解效果依舊保持良好。Wang等[66]構建以β-環(huán)糊精/石墨氮化碳 (Fe3O4@β-CD/g-C3N4)為催化劑的光-Fenton氧化體系來降解水中多氯聯(lián)苯(PCBs)。該光-Fenton氧化體系在接近中性pH條件下能高效工作,在加入0.15 mL H2O2后55 min內(nèi)對6種PCBs的降解率可達77%～98%。并對采集的哈爾濱市松花江地表水、哈爾濱市太平城市污水處理廠和敦化市城市污水處理廠污水進行實際水處理,結果表明該體系對河水和城市污水中的PCBs能實現(xiàn)89%～100%和69%～92%的降解效果,展現(xiàn)出潛在的環(huán)境修復能力。

4.3 降解抗生素(Antibiotic)

抗生素作為一種用于治療微生物感染性疾病的化合物,廣泛應用于人類疾病的治療以及水產(chǎn)養(yǎng)殖和牲畜飼養(yǎng)等行業(yè)[67]。喹諾酮類、氨基糖苷類、四環(huán)素類、磺胺類等抗生素在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)被廣泛使用,通常這些抗生素經(jīng)拌餌服用、藥浴、池灑、注射等給藥方式實現(xiàn)水生動物疾病的預防和治療,如防治魚類腸炎病、爛鰓病、水霉病等[68]。此外,某些抗生素還會被用作生長促進劑以促進養(yǎng)殖動物的生長發(fā)育[69],有研究表明黃霉素可以改善鯉(Cyprinuscarpio)的腸道狀況,顯著地促進鯉的生長和對營養(yǎng)物質(zhì)的利用[70]。但抗生素濫用的現(xiàn)象屢禁不止、時有發(fā)生,大量未被養(yǎng)殖生物吸收利用的抗生素殘留在水體中嚴重損害了養(yǎng)殖水域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Wang等[71]在可見光照射下,將利用原位生長法合成的Fe3O4@MIL-100(Fe)催化劑用于抗生素左氧氟沙星的降解,該光-Fenton氧化體系在180 min內(nèi)對左氧氟沙最大降解率可達93.4%。北京3家制藥企業(yè)污水經(jīng)該體系處理后,污水中左氟沙星的降解率分別能達到79.4%、77.9%和85.5%,表現(xiàn)出高效的污水凈化能力。Zhai等[72]通過一種簡便可行的水熱合成工藝,構建了2D/2D black-BiOCl/Fe2O3(b-BOC/FO)光-Fenton氧化體系,該體系在少量H2O2存在下,25 min可將四環(huán)素降解92%。Gao等[73]以KIT-6為模板合成了三維有序介孔CuFe2O4催化劑,并與H2O2構建了光-Fenton氧化體系降解磺胺類抗生素。當催化劑用量為0.2 g/L、底物濃度為10 mg/L、H2O2濃度為10 mmol/L時,磺胺甲惡唑在2 h內(nèi)幾乎完全轉(zhuǎn)化,礦化程度達到31.42%。

5 結論與展望

盡管非均相光-Fenton氧化體系能在近中性甚至更寬泛的pH范圍下發(fā)揮作用,但減少Fe3+溶出沉淀仍是需要持續(xù)關注的問題,所以在進行實際污水處理時構建催化劑表面活性位點誘導的光-Fenton氧化體系更具現(xiàn)實意義。其次,大多數(shù)光-Fenton氧化體系仍需補充額外的H2O2以支持Fenton反應的發(fā)生,因此開發(fā)新型光催化劑以實現(xiàn)H2O2原位生成是降低H2O2使用成本和風險的有效途徑。此外,催化劑的穩(wěn)定性和可回收性是光-Fenton氧化體系實現(xiàn)工程化應用的關鍵,因此研發(fā)出價格低廉、穩(wěn)定性高、易于回收利用的催化劑是推動光-Fenton水處理技術工藝不斷優(yōu)化、升級的研究方向。

光-Fenton氧化體系有效克服了傳統(tǒng)Fenton反應的缺陷,在拓寬適用pH范圍的同時,顯著降低了含鐵污泥的產(chǎn)生,提高了催化反應的效率和穩(wěn)定性,實現(xiàn)了水中典型新污染物的高效去除。雖然諸多研究對不同光-Fenton氧化體系的反應條件、影響因素、降解機理等都有深入的探索,但由于實際水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的組成較為復雜,將其應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境的治理還需進行相關的實驗和進一步的探究以找到適宜的光-Fenton氧化體系,從而使光-Fenton氧化技術能在水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理領域得到應用和推廣。