磁性高岭土负载羧甲基纤维素复合材料用于非均相类芬顿反应降解甲基紫2B的研究

本研究针对纺织废水中有毒难降解染料甲基紫2B（MV-2B）的去除难题，开发了一种新型磁性复合材料m-CMC-K（Fe3 O4 /羧甲基纤维素/高岭土）。通过化学共沉淀法合成的催化剂在近中性条件（pH 6.5）下实现88.9%的脱色率，其饱和磁化强度达20.87 emu/g，兼具高效催化与磁分离特性。研究证实羟基自由基（•OH）主导氧化过程，动力学分析显示反应级数为1.17，活化能6.21 kJ/mol，为开发低成本、可持续的废水处理技术提供了新策略。

　　

纺织工业排放的染料废水是水环境治理的重大挑战，其中三苯甲烷类染料甲基紫2B（MV-2B）因其强毒性、致突变性和难降解特性备受关注。传统处理方法如生物降解对这类染料效率低下，而均相芬顿反应又面临pH适用范围窄、铁泥二次污染等问题。针对这些瓶颈，研究人员创新性地将天然矿物高岭土、生物聚合物羧甲基纤维素（CMC）与磁性Fe₃
O₄
纳米颗粒复合，构建了具有吸附-催化双功能的新型材料m-CMC-K，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究团队采用化学共沉淀法制备复合材料，通过FTIR、SEM-EDS、BET等表征技术确认材料结构，利用VSM测试磁性能，并系统考察了pH、温度、H₂
O₂
浓度等参数对MV-2B降解的影响。自由基捕获实验揭示了反应机制，动力学和热力学分析阐明了反应本质。

m-CMC-K表征
SEM显示高岭土的层状结构被CMC和Fe₃
O₄
球形颗粒均匀覆盖，EDS证实铁元素成功负载。BET测得比表面积21.4 m²
/g，孔径0.12 cm³
/g，XRD验证了Fe₃
O₄
的立方晶相，Zeta电位表明材料表面带负电，有利于吸附阳离子染料。

降解性能研究
在优化条件（0.5 g/L催化剂，0.0364 M H₂
O₂
，pH 6.5，23°C）下，45分钟内实现88.9%脱色率。反应符合准一级动力学（R²

0.98），活化焓（3.63 kJ/mol）和负的活化熵（-0.26 kJ/molK）证实该过程为吸热、非自发反应。异丙醇捕获实验证实•OH是主要活性物种。

结论与意义
该研究首次将高岭土、CMC与Fe₃
O₄
三元复合用于染料降解，突破了传统芬顿反应pH限制，其磁性特性便于回收利用。材料中CMC的羧基与羟基增强了污染物吸附能力，高岭土的层状结构提供了稳定载体，Fe₃
O₄
则保证了持续催化活性。这项成果为开发环境友好型废水处理技术提供了新思路，尤其适用于含阳离子染料的工业废水治理。Serap F?nd?k等的工作展示了天然材料改性在环境催化领域的巨大潜力，其设计的复合材料兼具成本效益与工程应用前景。