四氧化三铁磁性光催化剂降解水中有机污染物技术综述

高文昱

（吉林师范大学化学学院，吉林四平136000）

随着工业的快速发展，染料、农药、蒽和酚类偶氮染料等液体废物的生物降解性低、高浓度、毒性大和化学结构稳定，这些有机污染物已经成为现代河水污染的主要原因。因为其化学性质稳定所以很难在自然环境下自行分解，而且其中大多数具有毒性，严重危害人类的健康[1]。光催化降解技术始于1972年[2]，是近30年来发展出现的一种新型的废水处理方法。从70年底开始，关于光催化降解处理各种污染物的废水的报道越来越多。然而，催化剂因其纳米颗粒太小，不能与反应混合物分离，特别是在废水的光催化处理过程中，由于分离困难造成的光催化剂纳米颗粒损失很大并且对环境形成了二次污染。为了在保证高光催化活性的同时，解决催化剂的分离和回收的基本问题。磁性光催化剂应景出世，不仅最大限度地提高了光催化的效果，而且解决了固-固、固-液、固-气分离和回收催化剂的问题。本文综述了磁性光催化剂的合成方法、光催化降解技术的发展和研究现状、并探讨了开发磁光催化剂的前景。

1 磁性光催化剂制备的基本方法

1.1 水热法

水热法是由地质学家M urchi son提出的，之后慢慢建立了水热合成理论，并开始用这种方法来制备其它功能材料。因为水热法可以创造一个高温高压的反应条件，这可以改变许多物质的洛解度，使难溶或者不溶的物质变得可溶。水热法的反应一般在反应釜中，通常以水为溶剂，反应的温度一般在100-250℃，可以产生的高压在10-100 M Pa之间。根据自身的反应类型不同水热反应又可分为水热沉淀、水热合成、水热氧化、水热还原、水热结晶和水热合成等[3-5]。兰州大学薛德胜教授课题组采用了水热合成法制备了Fe3O4纳米颗粒，将Fe3O4纳米颗粒沉积在g-C3N4纳米片上，得到Fe3O4/g-C3N4磁性光催化剂[6]。水热法合成Fe3O4纳米颗粒纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。

1.2 溶剂热法

溶剂热法则是水热法的发展，与水热法的不同点在于其反应釜内所使用的溶剂不再是水，而是氨水、酒精、苯等。由于有机溶剂多种多样，这大大增加了溶剂热法的适用范围，越来越受到人们的重视。吉林农业大学资源与环境学院苏小四教授课题组成功用溶剂热合成Fe3O4纳米颗粒并成功与Bi2W O6进行参杂合成了Fe3O4/Bi2W O6[7]磁性光催化剂。

1.3 原位生长法

原位生长法是在反应物内部生成加强相，减少了强制法加强相的表面污染、加强相与基体间界面反应等主要弱点。原位生长法的原料种类繁多，工艺相对简单，生产成本低，适合大规模工业化生产，是一种很有前景的合成技术。Vi shnu Shanker教授代领他的团队在2013年10月成功研究出了原位生长法，将Fe3O4负载到了g-C3N4并做了表征[8]，更重要的是Fe3O4/g-C3N4可以磁性回收。

2 光催化降解技术的发展和研究现状

光催化降解技术是20世纪末才出现的污水处理的新技术。1976年John.H.Carey[9]用光催化技术使多氯联苯脱氯。1977年S.N.Frand[10]用氙灯作为光源,发现二氧化钛能有效将CN-催化为CNO-,并且在二氧化钛光催化降解污水中有机物方面也取得了极大的成果,从此光催化降级有机物污染物的技术取得了很大进展。在当代随着环境污染的日益严重,光催化法被应用于液体和气体中一些难降解有毒有害污染物的研究,并取得了明显的效果。发现卤代脂肪烃、酚类、染料、农药等都能高效地进行光催化降解反应,最终生成二氧化碳、水和无机盐等,从而达对污染物的处理,减少了对环境的污染及对人类生命健康的危害。

3 磁性光催化剂的发展前景

综上所述光催化技术在废水处理上虽然可以高效的降解有机污染物但也存在难以回收再利用的缺点。为了保证较高的光催化效率的前提下解决光纳米颗粒催化剂的分离回收这一关键问题。磁性光催化剂作为一种新型的光催化材料在水处理方面有着广泛的前景特别是能有效的解决粉体光催化剂的固-固、固-液、固-气分离回收难的问题，还会协同扩大催化剂的比表面积增加可见光的吸收效率，使得关于磁性催化剂方面的研究必将收到人们极大的关注。