立方体形α-Fe2O3光催化剂的合成及其可见光芬顿降解抗生素

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0579

摘要/Abstract

摘要：

抗生素的滥用和生产废水的无序排放造成了水体中抗生素污染问题日益严重。通过溶剂热法合成了立方体形貌的α-Fe₂O₃光芬顿催化剂，采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等方法对其微观结构、物相等进行了表征。以盐酸四环素（TC）为模型抗生素污染物，研究了新型催化剂对TC的吸附和光芬顿降解性能，并探究了催化剂浓度、H₂O₂加入量、LED光源波长和pH等因素对TC降解效果的影响规律。结果表明，该工作成功合成出了粒径分布均一且具有立方体形貌的α-Fe₂O₃，其对TC的吸附在30 min内即可达到平衡，吸附量可达7.06 mg/g。当TC的初始质量浓度为20 mg/L、α-Fe₂O₃催化剂的质量浓度为0.5 g/L时，采用可见光LED光源光芬顿降解30 min，TC的去除率可达80%以上。

关键词: 立方体形α-Fe₂O₃, 光芬顿, 降解, 盐酸四环素

Abstract:

The abuse of antibiotics and disordered discharge of production wastewater cause the pollution of antibiotics in the water.The cubic morphology α-Fe₂O₃ photo-Fenton catalyst was synthesized by solvothermal method，and its microstructure and physical properties were characterized by scanning electron microscopy（SEM），transmission electron microscopy（TEM），and X-ray diffraction（XRD）.The adsorption and photo-Fenton degradation of TC by the new catalysts were investigated using tetracycline hydrochloride（TC） as a model antibiotic pollutant，and the effects of various factors including catalyst concentration，H₂O₂ content，LED light wavelength，and pH on TC degradation removal were investigated.The results showed that the cubic α-Fe₂O₃ with uniform particle size distribution was successfully synthesized and its adsorption on TC could reach equilibrium within 30 min，and the adsorption capacity could reach 7.06 mg/g.When the initial mass concentration of TC was 20 mg/L and the mass concentration of α-Fe₂O₃ catalyst was 0.5 g/L，the removal rate of TC could reach more than 80% by using visible LED light source photo-Fenton degradation for 30 min.

Key words: cubic α-Fe₂O₃, photo-Fenton, degradation, tetracycline hydrochloride

中图分类号:

TQ426

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催化剂	反应条件	TC处理量/mL	反应时间	降解率/%	速率常数/ min^-1
磁性氧化石墨烯/氧化锌纳米复合材料^［25］	TC质量浓度为50 mg/L，光照强度为1 kW/m²，催化剂质量浓度为1 g/L	50	吸附时间为40 h，光反应时间为100 min	74.0	14.0×10^-3
花球状Ag/Ag₂CO₃/BiVO₄^［26］	TC质量浓度为20 mg/L，催化剂质量浓度为 0.4 g/L，500 W氙灯	50	吸附时间为60 min，光反应时间为150 min	94.9	18.6×10^-3
FeNi₃/SiO₂/ZnO^［27］	TC质量浓度为10 mg/L，催化剂质量浓度为 0.02 g/L，500 W氙灯，pH为9	50	吸附时间为30 min，光反应时间为200 min	100.0	25.0×10^-3
ZnIn₂S₄^［28］	TC质量浓度为10 mg/L，催化剂质量浓度为 0.3 g/L，光照强度为380 kW/m²	100	吸附时间为30 min，光反应时间为180 min	98.0	—
MIL-53（Fe）/BiOI^［29］	TC质量浓度为25 mg/L，催化剂质量浓度为 0.5 g/L，300 W氙灯	50	吸附时间为30 min，光反应时间为14 min	86.2	90.6×10^-3
Fe-MOF^［30］	TC质量浓度为50 mg/L，催化剂质量浓度为 0.1g/L，300 W氙灯，pH为4.1	200	吸附时间为30 min，光反应时间为20 min	82.5	70.0×10^-3
立方体形α-Fe₂O₃（本研究）	TC质量浓度为20 mg/L，催化剂质量浓度为 0.5 g/L，405 nm-45 W LED，pH为5	100	吸附时间为30 min，光反应时间为30 min	80.0	67.5×10^-3

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