碳氮包覆纳米Fe3O4的非自由基路径光催化去除养殖废水中四环素的机制研究

作者：郑佳慧; 王嘉妮; 柯佳琪; 何亦天; 王原; 黄连杨; 孙启元; 张伟芳^*

来源：环境科学研究, 2023, 36(07): 1306-1316.

DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.04.01

• 四环素(TC)
• 光催化
• 四氧化三铁/碳氮复合材料(Fe3O4/CN)
• 碳缺陷
• 降解路径

养殖废水中的四环素(TC)未经有效处理，直排至水环境中将影响生态环境.本研究通过制备纳米四氧化三铁/碳氮复合材料(Fe3O4/CN)，采用XRD、FTIR、TEM、Raman和EIS表征材料的物相组成、微观形貌和结构，并探究其光催化去除TC的性能和机理，推测TC的降解路径.结果表明：(1)以掺杂氮化碳的海藻酸铁水凝胶为前驱体，经高温煅烧衍生制备碳氮包覆的Fe3O4复合材料，该材料碳缺陷程度强，光生电子(e-)和空穴(h+)的分离效率高.(2)在pH=7和TC初始浓度为50μmol/L的溶液中投加0.05 g/L的Fe3O4/CN，且光照150 min后，TC的去除率可达95.1%.(3)ESR和自由基淬灭试验表明，Fe3O4/CN在光照下主要通过产生h+的非自由基路径直接氧化降解TC.(4)HPLC-MS测试和QSAR预测结果表明，在光催化反应中，TC发生脱氨基、开环等氧化反应，产生的降解产物对水蚤和黑头鱼的生物毒性均低于TC本身.(5)由于Fe3O4/CN具有良好的磁性(饱和磁化强度为13.9 emu/g)，反应后的材料可通过磁铁从液相中分离.研究显示，Fe3O4/CN可高效去除TC，为铁氧化物/碳氮复合材料在水处理中的应用提供理论参考.

• 单位
  福建师范大学