MnFe2 O4 /BiVO4 复合催化剂在过硫酸盐协同下的光催化降解左氧氟沙星机制研究

本研究针对BiVO4 光催化剂载流子复合率高、回收困难等问题，通过构建磁性MnFe2 O4 /BiVO4 异质结复合体系，系统探究了过硫酸盐（PDS）协同作用下对左氧氟沙星（LVF）的高效降解机制。研究发现MnFe2 O4 负载虽降低纯BiVO4 的氧化能力，但通过双路径激活PDS（光生电子与Fe/Mn活化）显著提升降解效率（84.12%），并实现催化剂磁回收与循环稳定性（86.76%），为抗生素污染治理提供新策略。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。左氧氟沙星（LVF）等氟喹诺酮类抗生素在自然水体中的持续累积，不仅导致耐药菌株滋生，更通过生态链威胁人类健康。传统紫外光驱动的TiO₂
催化剂存在太阳能利用率低缺陷，而可见光响应的钒酸铋（BiVO₄
）虽具应用潜力，却受限于载流子快速复合（60-80%）和难回收等问题。为此，河北某研究团队在《Environmental Research》发表研究，创新性地将磁性锰铁氧体（MnFe₂
O₄
）与BiVO₄
复合，揭示其在过硫酸盐（PDS）协同下的LVF高效降解机制。

研究采用溶剂热法制备MnFe₂
O₄
/BiVO₄
系列催化剂，通过XRD、XPS等技术表征材料结构，结合自由基捕获实验和LC-MS解析降解路径。重点考察PDS浓度、pH等参数对LVF降解动力学的影响，并利用ECOSAR模型评估毒性变化。

关键发现

1. 材料特性：XRD证实成功构建MnFe₂
   O₄
   /BiVO₄
   异质结，比表面积较纯BiVO₄
   提升3.2倍，但Type-II能带结构导致空穴（h⁺
   ）氧化能力减弱，使无PDS时LVF降解率下降。
2. 协同增效：添加PDS后，MnFe₂
   O₄
   /BiVO₄
   -20（0.5 g?L^?1
   ）通过电子转移与Fe²⁺
   /Mn²⁺
   循环活化PDS，产生SO₄
   ^•?
   、•OH等活性物种，120分钟内降解率达84.12%，符合二级动力学（k=0.00431 L?mg^?1
   ?min^?1
   ）。
3. 稳定性优势：磁性回收的催化剂经5次循环仍保持86.76%效率，Fe/Mn溶出量低于0.1 mg?L^?1
   ，解决传统催化剂难回收痛点。
4. 机制解析：EPR检测证实自由基（O₂
   ^•?
   、•OH、SO₄
   ^•?
   ）与非自由基（h⁺
   、¹
   O₂
   ）协同作用，LVF主要通过哌嗪环断裂和脱氟路径降解，毒性降低72.3%。

结论与意义
该研究突破性发现MnFe₂
O₄
负载对BiVO₄
光催化活性的"双刃剑"效应，阐明PDS存在下异质结的双路径活化机制，为设计磁回收型光催化体系提供理论依据。通过构建Vis/MnFe₂
O₄
/BiVO₄
-PDS系统，实现抗生素的高效降解与毒性控制，对实际水体修复具有重要应用价值。