含铁元素的催化材料用于光降解的研究进展

秦翰林

（韩城市工业和信息化局，陕西 韩城 715400）

光降解是污水处理行业中的重要环节，也是化工理论中研究的热点问题。自20世纪90年代以来，中国知网相关文献研究数量已达到1万篇以上，尤其是在2000年以后，文献数量呈现逐年递增的态势。但是其中关于含铁元素化合物的研究文献数量较少，少数学者近年来开始了相关方面的研究，为提升含铁元素催化材料在光降解方面的应用水平奠定了良好的理论基础。由于理论研究较为匮乏，本综述依次对相关研究进行简要阐述。

1 基于铁元素掺杂催化剂的研究

将含铁化合物作为重要物质添加至光催化剂中，可以追溯至2000年，部分学者开展了相关方面的研究。徐博[1]在基于掺杂Fe3+的二氧化钛光催化降解次甲基蓝的研究中，分析了三价铁在不同掺杂系数情形下对提升二氧化钛光催化活性的影响，为后续研究和实际应用提供了实验参考。刘金生[2]将铁、镉作为复合掺杂物制备了氧化锌纳米材料，分析了样品的晶体结构和光谱性质，研究了不同条件下的催化材料的光降解性能，最终筛选出具有最佳降解效果的催化材料。随后几年，铁元素的应用方式也不再局限于掺杂，而是根据实际需要制备出更有针对性的含铁元素催化材料。

2 基于零价铁协助催化作用的研究

由于化学工业在实际应用过程中对环境造成的负面影响愈加严重，污染物形式也更趋复杂，驱使相关研究不断深入。齐吉朋[3]用零价铁协助二氧化钛对2-氯萘和八氯萘进行光降解，发现零价铁能有效提升UV/TiO2体系的光催化降解性能，但并未揭示出零价铁与二氧化钛的协同机理。梁宇坤[4]通过实验研究，在合成生物炭负载纳米零价铁镍的基础上，对合成材料在形貌、组成和性能等方面进行表征，并将其活化过硫酸盐，通过脱氟脱羧反应和哌嗪环开环等多条路径对诺氟沙星进行降解，将废水中的有害物质最终分解为二氧化碳和水。该研究不仅提升了零价铁催化材料应用于光降解的研究水平，对相关生产厂家环保污染治理工作起到了较好的指导作用。

3 以铁元素为主要成分的催化材料的研究

在工业发展过程中，水污染物来源广泛、类型复杂，基于含铁元素的催化材料在印染行业的污水处理中具有良好的效果，能够起到更加明显的降解作用，相关研究也随之深入。欧晓霞[5]开展了光/Fe（Ⅲ）体系在降解罗丹明B水溶液方面的研究，不仅阐明了罗丹明B发生降解作用的原理，而且通过设定实验条件将整体去除率提升到接近100%的水平，同时对、和等无机阴离子在实验中对降解效果的影响进行了探究。庄晓虹[6]在模拟日光辐射的条件下，研究了铁离子、铜离子在协同腐殖酸的络合体系下对光降解反应的影响，其认为在单独作用机制下，Fe（Ⅲ）的浓度与壬基酚的降解率之间存在较为明显的正向关系，而在加入腐殖酸的情形下，会将整体降解性能提升到更高水平。刘湘粤[7]利用亚铁盐低成本制备高结晶度MIL-100（Fe）纳米材料，对材料进行了晶体结构、表面形貌和吸光性能的表征，探究了以此为基础的材料体系对罗丹明B和甲基橙等有机染料的光降解性能。同时在实际应用过程中，该材料体系还具有较好的循环稳定性和水稳定性，可以更好地降低应用成本。许连池[8]将α-Fe2O3与硅藻土、C3N4等材料复合，采用不同方法制备复合光催化剂，对材料的组成成分、表面形貌、光谱性质和比表面积进行表征，并加入热重分析的内容，最后测试了复合光催化剂降解罗丹明6G和亚甲基蓝的光催化性能和复合光催化剂的循环稳定性。虽然上述内容拓宽了研究范围，但从相关文献资源可以发现，基于含铁元素的催化材料在光降解方面的研究所占比例仍较低，整体上还无法建立起完善的理论研究和应用体系。

4 展望

过渡元素化合物是光催化研究中的重点物质，目前主要是以TiO2和ZnO两种物质的实验研究为主，有关铁元素化合物的研究还不够具体深入，但铁元素化合物在实际应用过程中具有材料来源广、生产成本低、实验性能好的优势，具有广阔的市场前景和发展空间。要提升整体研究水平和应用推广力度，需从三方面入手：一是积极拓展研究宽度。随着工业生产范围不断拓展，各种新型污染源越来越多的出现在水污染载体中，给环保工作和日常生活都带来了较大的影响，在相关研究中积极引入铁元素化合物，发挥铁元素的降解作用，对于提升研究效果具有明显的现实意义。二是积极提高研究深度。无论是将铁元素材料作为协助材料，还是基础材料，要确保其应用是为了保证整体处理效果达到最优，不仅要确保实验效果达到最佳，还要为实际应用奠定良好基础。三是注重国内外研究成果的吸收利用。由于我国早期在水污染治理方面的重视程度不足，使得相关的理论研究与实际需要之间存在较大的差距，实验研究无法得到重视，更无法满足工业生产的需要，确保实验能够更好的应用于污染治理，是开展研究工作的前提。