纳米限域效应增强的Fe(OH)3@HNT类芬顿催化剂对四环素污染物的选择性降解研究

本文推荐一种基于埃洛石纳米管（HNT）负载非晶态氢氧化铁（Fe(OH)3）的类芬顿（Fenton-like）催化剂，通过纳米限域效应实现四环素（TC）的高效选择性降解。该催化剂在5次循环后仍保持90%去除率且无铁离子浸出，为解决水体抗生素污染及催化剂稳定性难题提供了新策略。

　　

亮点

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  采用油水双相系统将小于5纳米的Fe(OH)₃纳米颗粒封装于HNT空腔
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  纳米限域效应显著提升四环素（TC）降解速率常数至0.0307 min^-1
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  通过氢键相互作用实现对含羟基四环素污染物的选择性吸附与降解
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  5次循环后催化剂无铁离子浸出，去除率保持90%

引言

四环素（TC）类污染物作为广谱抗生素，因水溶性和稳定性强在水体中被频繁检出。其可通过生物链传递积累，诱导耐药菌产生，对生态健康构成严重威胁。

化学试剂

所有化学试剂详情见文本S1。

CTAB/HNT的制备

将4.0克CTAB溶于500毫升水形成溶液，加入8.0克HNT搅拌48小时。离心后分别用去离子水和乙醇洗涤三次，70°C干燥24小时获得CTAB/HNT。

Fe(OH)₃@HNT的制备

如图1所示，阳离子表面活性剂CTAB通过静电作用吸附于HNT外表面，引导Fe(OH)₃在纳米管腔内定向生长。

表征

Fe(OH)₃@HNT的TEM图像（图2B）显示管内均匀分布约5纳米的纳米颗粒，SEM图像（图2C）中管体光滑无表面附着物，证实Fe(OH)₃成功限域于HNT内壁。

结论

Fe(OH)₃@HNT的类芬顿催化活性显著优于单一组分，其降解速率常数分别为Fe(OH)₃和HNT的2.7倍与6.8倍，且对富羟基污染物展现特异性降解能力。