Fe(??)改性蛭石协同过氧单硫酸盐高效降解日落黄染料的机制研究及生态毒性评估

本研究针对食品工业废水中难降解的偶氮染料日落黄(Sunset Yellow)，创新性地采用Fe(??)改性蛭石(Ver/Fe)活化过氧单硫酸盐(PMO)构建高级氧化体系，通过RSM-CCD优化获得78.69%的去除率，揭示SO4 •- 主导的降解路径，并通过Daphnia pulex生物毒性测试评估处理安全性，为染料废水治理提供新型环保解决方案。

　　

在食品、制药和纺织行业蓬勃发展的今天，合成染料的大量使用带来了严峻的环境挑战。其中，日落黄（Sunset Yellow）作为一种常见的偶氮染料，不仅广泛存在于饮料、糖果等食品中，更因其潜在的致癌性和诱发儿童多动症的风险，成为各国监管的重点对象。传统的水处理方法往往难以彻底分解这类结构稳定的染料分子，而单纯吸附技术只是将污染物从液相转移到固相，并未真正实现环境友好型的去除。更令人担忧的是，现有处理工艺可能产生毒性更大的中间产物，这对水生生态系统构成二次威胁。

针对这一系列难题，Larestan University of Medical Sciences的研究团队在《Results in Chemistry》发表了一项突破性研究。他们巧妙地将天然矿物蛭石（Vermiculite）与铁氧化物复合，构建了具有吸附-氧化双功能的Ver/Fe@PMO体系，通过响应面法优化工艺参数，并系统解析了降解机制与生态安全性。这项研究不仅为染料废水处理提供了新思路，更推动了绿色水处理技术的发展。

研究团队采用共沉淀法合成蛭石/铁氧化物复合材料，通过X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FE-SEM）表征材料结构，结合能量色散X射线光谱（EDX）验证铁元素分布。利用中心复合设计（CCD）优化反应条件，采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）鉴定降解中间体，并以水蚤（Daphnia pulex）为模式生物评估处理出水毒性。

材料表征方面，XRD分析显示复合材料成功保留了蛭石的层状结构（2θ=6.9°），同时负载了磁性Fe₃
O₄
（JCPDS 65-3107）。FE-SEM图像显示23-35 nm的颗粒均匀分布在蛭石表面，EDX证实铁含量提升5倍。振动样品磁强计（VSM）测试显示复合材料磁饱和强度达61 emu/g，便于磁分离回收。

工艺优化结果显示，在pH=4、PMO剂量75 mM、催化剂3 g/L、反应20分钟的最佳条件下，日落黄去除率达78.69%，显著高于单一组分（蛭石57%，铁氧化物33%）。温度升高至80℃时，去除率提升至96%，Arrhenius方程计算得活化能为0.009 J/mol。干扰实验表明碳酸根对SO₄
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的淬灭效应最显著，而氯离子和硝酸根影响较小。

降解机制研究表明，蛭石层间的三价铁（Fe³⁺
）通过电子转移生成Fe²⁺
，进而活化PMO产生SO₄
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（E°=2.67 V）和•OH自由基。GC-MS鉴定出苯醌（m/z 108）、邻苯二甲酸二乙酯（m/z 222）等12种中间产物，UV-Vis证实480 nm处偶氮键特征峰消失。提出的降解路径包括：偶氮键断裂→萘环羟基化→芳环开环→生成小分子羧酸。

生态毒性评估发现，Ver/Fe@PMO处理出水在8小时内导致水蚤全部死亡，主要归因于残留铁离子和氧化剂的协同毒性。但经过4次循环使用，材料仍保持60%以上去除率，显示良好稳定性。与文献对比，该复合材料在酸性条件下的处理效能优于活性炭（44.9 mg/g）和ZnO纳米材料（142.8 mg/g）。

这项研究的重要意义在于：首次将蛭石的层状吸附特性与铁催化活化PMO的能力有机结合，通过π络合作用和路易斯酸碱相互作用强化污染物捕获，同时利用SO₄
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实现深度氧化。虽然处理出水仍需进一步净化，但该工作为开发低成本、易回收的矿物基催化剂提供了范式。未来研究可聚焦于铁离子固定化技术和中间产物毒性控制，以推动该技术向实际应用迈进。