基于苝四羧酸铬金属有机框架修饰的锌铁氧体增强水体中孔雀石绿的光催化降解性能

为解决酸性染料废水处理难题，研究人员开发了Cr-PTC/ZnFe2 O4 复合光催化剂，通过溶热法合成并优化配比（1:1, 1:2, 2:1）。该复合材料在pH 6条件下实现81.13%的孔雀石绿降解率，归因于其115.5 m2 /g的高比表面积和协同效应，为工业废水处理提供可持续解决方案。

　　

纺织工业排放的酸性染料废水对生态环境构成严峻挑战，其中孔雀石绿（MG）因其高毒性和难降解性成为治理难点。传统光催化剂如纯金属有机框架（MOF）或金属氧化物在酸性条件下效率骤减，且存在可见光利用率低、电荷复合率高等瓶颈。针对这一难题，某大学研究团队在《South African Journal of Chemical Engineering》发表研究，创新性地将苝四羧酸铬MOF（Cr-PTC）与南瓜籽提取物绿色合成的锌铁氧体（ZnFe₂
O₄
）复合，开发出高效稳定的光催化体系。

研究采用溶热法构建Cr-PTC/ZnFe₂
O₄
复合材料，通过FTIR、XRD、SEM-EDX等表征手段分析其结构特性，并系统评估不同质量比（1:1, 1:2, 2:1）复合材料在pH 6条件下对MG的降解性能。

材料特性分析
通过FTIR证实复合材料成功保留了Cr-PTC的羧酸根基团（1650-1500 cm^-1
）和ZnFe₂
O₄
的金属氧键（415-553 cm^-1
）。XRD显示1:1复合材料同时具备Cr-PTC特征峰（8.96°）和ZnFe₂
O₄
尖晶石相（35.29°），晶体尺寸约13-23 nm。值得注意的是，2:1复合材料因ZnFe₂
O₄
含量降低导致晶格应变增大，衍射峰宽化。

光电性能优化
UV-Vis DRS测试显示所有材料带隙能约1.7 eV，显著低于纯Cr-PTC（2.01 eV），表明复合材料具有优异的可见光捕获能力。BET分析揭示2:1样品具有最大比表面积（208.8 m²
/g），但1:1样品凭借平衡的孔体积（0.193 cm³
/g）和孔径分布（3.37 nm）成为最佳选择。pH_pzc
测试表明复合材料零电荷点降至6.2，在酸性条件下表面负电荷增强，促进带正电MG分子的吸附。

降解机制解析
在40 mg/L MG、0.5 g/L催化剂用量条件下，1:1复合材料30分钟内实现81.13%降解率，较纯ZnFe₂
O₄
（7.40%）提升近11倍。机理研究表明：Cr-PTC的π共轭骨架通过π-π堆叠吸附染料分子，而ZnFe₂
O₄
促进光生电子转移至O₂
生成超氧自由基（•O₂
^-
），后者进一步转化为羟基自由基（•OH）实现染料矿化。

该研究通过MOF-金属氧化物复合策略，突破单一材料在酸性条件下的活性限制。1:1复合材料兼具Cr-PTC的吸附优势和ZnFe₂
O₄
的氧化能力，其绿色合成工艺和可见光驱动特性为工业废水处理提供经济环保的新方案。未来通过掺杂改性或异质结构建，有望进一步提升电荷分离效率，推动光催化技术的实际应用。