四氧化三鐵磁性光催化劑降解水中有機(jī)污染物技術(shù)綜述

高文昱

（吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林四平136000）

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，染料、農(nóng)藥、蒽和酚類偶氮染料等液體廢物的生物降解性低、高濃度、毒性大和化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這些有機(jī)污染物已經(jīng)成為現(xiàn)代河水污染的主要原因。因?yàn)槠浠瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定所以很難在自然環(huán)境下自行分解，而且其中大多數(shù)具有毒性，嚴(yán)重危害人類的健康[1]。光催化降解技術(shù)始于1972年[2]，是近30年來(lái)發(fā)展出現(xiàn)的一種新型的廢水處理方法。從70年底開(kāi)始，關(guān)于光催化降解處理各種污染物的廢水的報(bào)道越來(lái)越多。然而，催化劑因其納米顆粒太小，不能與反應(yīng)混合物分離，特別是在廢水的光催化處理過(guò)程中，由于分離困難造成的光催化劑納米顆粒損失很大并且對(duì)環(huán)境形成了二次污染。為了在保證高光催化活性的同時(shí)，解決催化劑的分離和回收的基本問(wèn)題。磁性光催化劑應(yīng)景出世，不僅最大限度地提高了光催化的效果，而且解決了固-固、固-液、固-氣分離和回收催化劑的問(wèn)題。本文綜述了磁性光催化劑的合成方法、光催化降解技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀、并探討了開(kāi)發(fā)磁光催化劑的前景。

1 磁性光催化劑制備的基本方法

1.1 水熱法

水熱法是由地質(zhì)學(xué)家M urchi son提出的，之后慢慢建立了水熱合成理論，并開(kāi)始用這種方法來(lái)制備其它功能材料。因?yàn)樗疅岱梢詣?chuàng)造一個(gè)高溫高壓的反應(yīng)條件，這可以改變?cè)S多物質(zhì)的洛解度，使難溶或者不溶的物質(zhì)變得可溶。水熱法的反應(yīng)一般在反應(yīng)釜中，通常以水為溶劑，反應(yīng)的溫度一般在100-250℃，可以產(chǎn)生的高壓在10-100 M Pa之間。根據(jù)自身的反應(yīng)類型不同水熱反應(yīng)又可分為水熱沉淀、水熱合成、水熱氧化、水熱還原、水熱結(jié)晶和水熱合成等[3-5]。蘭州大學(xué)薛德勝教授課題組采用了水熱合成法制備了Fe3O4納米顆粒，將Fe3O4納米顆粒沉積在g-C3N4納米片上，得到Fe3O4/g-C3N4磁性光催化劑[6]。水熱法合成Fe3O4納米顆粒純度高、分散性好、晶形好且可控制,生產(chǎn)成本低。

1.2 溶劑熱法

溶劑熱法則是水熱法的發(fā)展，與水熱法的不同點(diǎn)在于其反應(yīng)釜內(nèi)所使用的溶劑不再是水，而是氨水、酒精、苯等。由于有機(jī)溶劑多種多樣，這大大增加了溶劑熱法的適用范圍，越來(lái)越受到人們的重視。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院蘇小四教授課題組成功用溶劑熱合成Fe3O4納米顆粒并成功與Bi2W O6進(jìn)行參雜合成了Fe3O4/Bi2W O6[7]磁性光催化劑。

1.3 原位生長(zhǎng)法

原位生長(zhǎng)法是在反應(yīng)物內(nèi)部生成加強(qiáng)相，減少了強(qiáng)制法加強(qiáng)相的表面污染、加強(qiáng)相與基體間界面反應(yīng)等主要弱點(diǎn)。原位生長(zhǎng)法的原料種類繁多，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是一種很有前景的合成技術(shù)。Vi shnu Shanker教授代領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)在2013年10月成功研究出了原位生長(zhǎng)法，將Fe3O4負(fù)載到了g-C3N4并做了表征[8]，更重要的是Fe3O4/g-C3N4可以磁性回收。

2 光催化降解技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀

光催化降解技術(shù)是20世紀(jì)末才出現(xiàn)的污水處理的新技術(shù)。1976年John.H.Carey[9]用光催化技術(shù)使多氯聯(lián)苯脫氯。1977年S.N.Frand[10]用氙燈作為光源,發(fā)現(xiàn)二氧化鈦能有效將CN-催化為CNO-,并且在二氧化鈦光催化降解污水中有機(jī)物方面也取得了極大的成果,從此光催化降級(jí)有機(jī)物污染物的技術(shù)取得了很大進(jìn)展。在當(dāng)代隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,光催化法被應(yīng)用于液體和氣體中一些難降解有毒有害污染物的研究,并取得了明顯的效果。發(fā)現(xiàn)鹵代脂肪烴、酚類、染料、農(nóng)藥等都能高效地進(jìn)行光催化降解反應(yīng),最終生成二氧化碳、水和無(wú)機(jī)鹽等,從而達(dá)對(duì)污染物的處理,減少了對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)人類生命健康的危害。

3 磁性光催化劑的發(fā)展前景

綜上所述光催化技術(shù)在廢水處理上雖然可以高效的降解有機(jī)污染物但也存在難以回收再利用的缺點(diǎn)。為了保證較高的光催化效率的前提下解決光納米顆粒催化劑的分離回收這一關(guān)鍵問(wèn)題。磁性光催化劑作為一種新型的光催化材料在水處理方面有著廣泛的前景特別是能有效的解決粉體光催化劑的固-固、固-液、固-氣分離回收難的問(wèn)題，還會(huì)協(xié)同擴(kuò)大催化劑的比表面積增加可見(jiàn)光的吸收效率，使得關(guān)于磁性催化劑方面的研究必將收到人們極大的關(guān)注。