蜂窝结构活性炭负载α-FeOOH异相芬顿催化剂在染料废水处理中的应用研究

针对传统异相芬顿催化剂易流失、回收困难等问题，研究人员开发了蜂窝结构活性炭(HAC)负载α-FeOOH的十厘米级催化剂(HAC/α-FeOOH)，构建化学/电芬顿系统处理染料废水。优化条件下COD去除率达90-100%，验证了·OH主导的污染物降解机制，解决了催化剂工业化应用难题。

　　

染料废水因其含苯系、蒽醌等芳香结构，具有高毒性、难降解特性，传统处理方法难以实现完全矿化。虽然芬顿高级氧化技术能有效降解污染物，但均相芬顿存在pH范围窄、产生铁泥等问题，而异相芬顿又面临催化剂颗粒流失、回收困难等工业化应用瓶颈。针对这些挑战，辽宁省教育厅基础研究项目的科研团队创新性地采用十厘米级蜂窝结构活性炭(HAC)为载体，开发出可磁分离的HAC/α-FeOOH异相芬顿催化剂，相关成果发表在《Journal of Water Process Engineering》。

研究采用浸渍-煅烧法制备催化剂，通过正交实验优化反应条件，结合XRD、SEM-EDS等技术表征材料特性，运用淬灭实验验证自由基机制。在化学芬顿系统中，初始pH=3、催化剂投加量30 g·L^-1、H₂O₂浓度10 mL·L^-1时COD去除率达90%；电芬顿系统更实现COD、色度、NH₄⁺-N、TKN的完全去除。表征证实染料中苯系物被矿化为小分子，淬灭实验表明·OH是降解主导因子。

关键发现包括：1）催化剂制备部分证实Fe₂(SO₄)₃为最优铁源，所得α-FeOOH稳定性最佳；2）反应优化显示十厘米级HAC载体彻底解决催化剂回收难题；3）机制解析发现电芬顿系统通过阴极氧还原反应(ORR)原位生成H₂O₂，避免危化品运输风险。

该研究首创将废气处理领域成熟的HAC材料引入废水处理，其十厘米级结构突破传统粉末催化剂难以工业放大的限制。相比文献报道的93.9%COD去除率需45 g·L^-1催化剂用量，本研究在更低投加量下取得更优效果，且催化剂可通过简单物理分离重复使用。工作为染料废水处理提供了兼具高效性、安全性和工程可行性的解决方案，对推进芬顿技术工业化应用具有重要示范意义。