Z-型g-C3N4-CuFe2O4催化剂光催化降解2,4-D的Box-Behnken设计优化与机理研究

本研究针对有毒污染物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的治理难题，通过构建Z-型g-C3N4-CuFe2O4异质结催化剂，结合Box-Behnken设计（BBD）优化光降解参数，实现98.21%的预测降解率。该工作为太阳能驱动的高效污染物去除提供了新策略。

　　

随着全球经济发展，农药、染料等有毒污染物排放加剧，传统处理方法存在高成本、低效率等问题。高级氧化工艺（AOPs）因其能产生羟基自由基（OH^•）等活性物种而备受关注，其中光催化技术因可利用太阳能成为研究热点。然而，单一催化剂如CuFe₂O₄存在电子-空穴对复合快的问题，而g-C₃N₄虽具窄带隙却导电性差。越南科学技术研究院（VAST）的Nguyen Thi Kim Phuong团队通过构建Z-型g-C₃N₄-CuFe₂O₄异质结，结合Box-Behnken设计（BBD）优化2,4-D降解条件，在《Catalysis Today》发表重要成果。

研究采用热聚合法合成g-C₃N₄，共沉淀法制备CuFe₂O₄，通过X射线衍射（XRD）和紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）表征材料。利用BBD设计五因素（g-C₃N₄负载量、反应时间等）实验，通过液相色谱（HPLC）测定降解率，电子顺磁共振（EPR）检测活性氧物种。

材料表征
XRD证实g-C₃N₄(2%)-CuFe₂O₄成功复合，UV-Vis显示其可见光吸收增强。EPR检测到超氧自由基（O₂^•?）信号，证实Z-机制促进电荷分离。

降解优化
BBD模型确定最佳条件：pH=5、g-C₃N₄(2%)-CuFe₂O₄催化剂用量1000 mg/L，20 mg/L 2,4-D溶液，实际降解率达97.78±0.80%，与预测值（98.21%）高度吻合。

结论与意义
该研究创新性地通过Z-型异质结设计解决了单一催化剂缺陷，结合BBD显著减少实验次数。催化剂磁性便于回收，5次循环后效率仍超90%，为实际废水处理提供经济高效的解决方案，推动太阳能驱动的高级氧化技术发展。