泡沫镍负载NiFe2 O4 /NiO纳米片催化湿式过氧化氢氧化降解酸性橙7：合成条件与动态参数对催化性能的影响

为解决纺织废水中有毒难降解偶氮染料污染问题，湖南科研团队开发了一种泡沫镍(NF)负载NiFe2 O4 /NiO纳米片催化剂，通过水热-煅烧法制备后应用于连续固定床催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)体系。该催化剂在70°C、pH 2.0条件下实现酸性橙7(AO7)降解率>99%，COD去除率最高达66.4%，且循环使用性能稳定，为工业废水处理提供了高效可持续解决方案。

　　

纺织工业排放的偶氮染料废水因其高化学需氧量(COD)、强毒性和难降解特性，已成为我国河流主要污染源。这类染料在特定条件下会分解产生致癌芳香胺，威胁生态系统和人类健康。传统芬顿法虽能降解染料，但存在催化剂易流失、反应器效率低等瓶颈。特别是固定床反应器中，颗粒催化剂面临扩散阻力大与小颗粒易流失的矛盾，制约了连续化处理技术的应用。

针对这一难题，中国研究人员通过创新材料设计，将具有双金属协同效应的尖晶石型镍铁氧体(NiFe₂
O₄
)与高电子传输特性的氧化镍(NiO)复合，并负载于三维网状结构的泡沫镍(NF)基底，开发出兼具高催化活性和低流动阻力的新型催化剂。该研究发表在《Applied Surface Science》，为解决工业废水连续处理提供了关键技术突破。

研究采用水热合成-煅烧法制备催化剂，通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)进行表征。在连续固定床反应器中系统考察了尿素/金属摩尔比、水热时间、Fe/Ni浓度等合成参数，以及温度、空速、pH等操作条件对酸性橙7(AO7)降解的影响，并通过密度泛函理论(DFT)计算揭示了催化机制。

材料表征揭示独特结构
XRD证实成功合成NiFe₂
O₄
/NiO异质结构，SEM显示超薄纳米片均匀覆盖NF表面形成开放通道。这种特殊形貌提供了大量活性位点，同时三维网络结构确保了流体低阻力传输。

合成条件优化
当尿素/金属摩尔比为5:1、水热时间6小时、Fe/Ni浓度20/20 mM时，催化剂性能最优。DFT计算表明，NiFe₂
O₄
/NiO中Fe-Ni双金属协同效应比单一Fe₂
O₃
或NiO更有效促进H₂
O₂
中O-O键断裂和HO·自由基生成。

动态参数影响
在70°C、pH 2.0、空速0.265 min^-1
条件下，AO7降解率稳定>99%持续240分钟。值得注意的是，COD去除率随时间呈现先升后降趋势（60分钟57.9%，120分钟达峰值66.4%），表明中间产物积累会影响矿化效率。

稳定性验证
经过三次连续循环，催化剂在240分钟时的AO7降解率仍保持98.4%以上，活性下降不足1%，NF载体有效防止了活性组分流失，解决了传统粉末催化剂易失活的痛点。

该研究通过材料创新与反应器设计的协同优化，实现了三个重要突破：首先，NF载体赋予催化剂类似大颗粒的低流动阻力特性，同时纳米片结构保持小催化剂的高比表面积优势；其次，NiFe₂
O₄
/NiO双相协同显著提升H₂
O₂
活化效率；最后，固定床连续运行模式为工业放大提供了可行路径。这项技术不仅适用于偶氮染料废水处理，其"载体-活性组分"设计思路还可拓展至其他连续催化反应体系，对推动化工废水处理技术升级具有重要示范意义。