可见光 / H2O2/UV/LaMnO3纳米光催化复合物：高效去除水中活性黑 5 染料的新希望

为解决合成染料污染水体问题，Semnan 大学医学科学与卫生服务学院等研究人员开展了纳米钙钛矿 LaMnO3去除活性黑 5（RB5）染料的研究。结果表明，该复合物在优化条件下能高效分解 RB5 染料，提升了水体生物降解性，为废水处理提供新途径。

　　在当今世界，水，这一生命之源正面临着严峻的挑战。随着工业的飞速发展和生活污水的肆意排放，大量有毒有害的化合物混入水中，让安全饮用水的获取变得愈发困难。合成染料，作为纺织工业的 “副产品”，正成为水污染的 “罪魁祸首” 之一。活性黑 5（RB5）染料，这种广泛应用于纺织行业的物质，不仅难以在常规净化系统中降解，还会对人体和水生生物的健康造成严重威胁，比如它可能会与人体免疫系统 “对抗”，引发过敏反应，让接触者皮肤瘙痒、红肿。

面对如此棘手的问题，科研人员们挺身而出。来自伊朗 Semnan 大学医学科学与卫生服务学院等机构的研究人员决心攻克这一难题，他们将目光聚焦在纳米钙钛矿 LaMnO₃上，希望能找到去除 RB5 染料的有效方法。他们的研究成果发表在了《Heliyon》杂志上，为解决水污染问题带来了新的曙光。

研究人员开展了一系列实验，其中几个关键技术方法发挥了重要作用。在合成 LaMnO₃纳米颗粒时，采用了溶胶 - 凝胶法，该方法能精准控制纳米颗粒的形成。实验中还使用了多种分析技术，如 X 射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）等，这些技术就像科研人员的 “火眼金睛”，帮助他们了解纳米颗粒的结构、形貌等特性。

下面来看看具体的研究结果。

1. LaMnO₃纳米钙钛矿的分析与表征：通过 XRD 分析，确认了 LaMnO₃形成了钙钛矿结构，其纳米颗粒尺寸为 10nm。FESEM 图像显示，该样品具有多孔结构，这得益于柠檬酸分解产生的气体，增加了比表面积，提升了催化剂活性。BET 分析得出其比表面积、孔径分布等数据，为研究其吸附性能提供了依据。DRS 分析表明，LaMnO₃纳米钙钛矿的带隙为 3.22 电子伏特，这一数值意味着在可见光范围内它具有一定的光催化活性。DLS 分析确定了颗粒尺寸分布和 zeta 电位，有助于了解样品的稳定性。
2. 影响 RB5 染料降解因素的优化：研究人员对多个影响因素进行了优化。温度方面，25°C 时为最佳，因为温度过高或过低都会影响分子动力学，进而影响染料去除效果。染料浓度为 5mg/L 时较合适，浓度过高会因表面占据导致去除效率降低。100mg 的 LaMnO₃用量能达到较高的降解效率，过多则会阻挡光线。pH 为 5 时，静电和氢键作用最强，降解效率最高。40min 的保留时间可使催化剂与染料充分接触，提升降解效率。50mg/L 的 H₂O₂用量既能保证产生足够的 OH^•自由基，又不会因过量导致反应速率下降。UVA 灯作为光源时，染料降解效率最高，而在黑暗中，LaMnO₃单独作为吸附剂的效果不佳。
3. COD 和 BOD 测试结果：在最佳条件下，COD 去除率约为 71.42%，BOD/COD 比值从 0.08 提升到 0.15，这表明经 LaMnO₃纳米钙钛矿光催化降解后，废水的生物降解性显著提高。
4. 纳米钙钛矿毒性测试结果：通过 MTT 测试发现，纳米钙钛矿在染色前后都不会破坏细胞，对细胞没有毒性。
5. 破坏机制：RB5 染料首先吸附在 LaMnO₃纳米钙钛矿催化剂表面，在 UVA 光的照射下，染料分子的发色团断裂产生电子，电子与 O₂反应生成一系列活性物种，如 HO₂^•、H₂O₂、OH^•和 OH^-，其中 OH^•能与染料分子反应，将其降解为简单产物。

综合研究结论和讨论部分，这项研究意义重大。成功合成的 LaMnO₃纳米钙钛矿具有高孔隙率和理想带隙，展现出良好的催化和光催化性能。可见光 / H₂O₂/UV/LaMnO₃纳米光催化复合物在特定条件下能高效分解 RB5 染料，大幅提升了废水的生物降解性。这一研究成果为处理含 RB5 染料的废水提供了新的有效方法，有望在实际废水处理中得到广泛应用，为解决水污染问题贡献了重要力量。