SBA-15负载铁纳米颗粒的光催化性能研究：高效降解有机污染物的新策略

针对水体中罗丹明B(RB)、对硝基苯酚(PNP)等有机污染物的治理难题，研究人员通过湿法浸渍制备了SBA-15负载铁纳米颗粒催化剂（Fe/SBA-15 D/C），结合UV光催化与光芬顿（photo-Fenton）技术，实现了RB（100%）、PNP（99.45%）等污染物的高效降解，证实羟基自由基（•OH）是主要活性物种，为废水处理提供了新思路。

　　

背景与问题
随着纺织、制药等行业的发展，罗丹明B（RB）、对硝基苯酚（PNP）、环丙沙星（CPX）等有机污染物在水体中持续累积。这些物质不仅难以降解，还具有致癌性、基因毒性等危害，甚至导致抗生素耐药性（AMR）问题。传统水处理方法效率有限，而高级氧化工艺（AOPs）如光催化（photocatalysis）和光芬顿（photo-Fenton）因其能产生强氧化性羟基自由基（•OH）备受关注。然而，均相芬顿反应易产生铁污泥（Fe sludge），且催化剂稳定性差。如何设计高效、稳定的异相催化剂成为研究重点。

研究设计与方法
墨西哥国家科学技术委员会资助的研究团队以介孔材料SBA-15为载体，通过湿法浸渍负载铁纳米颗粒（Fe NPs），分别制备干燥型（Fe/SBA-15 D）和煅烧型（Fe/SBA-15C）催化剂。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料结构，通过UV光催化降解实验评估其对RB、PNP等污染物的去除效率，并探究硫酸根（SO₄^2?）的促进作用。

研究结果

1. 材料表征
   XRD显示SBA-15的介孔结构在负载Fe后保持完整，Fe/SBA-15C中出现氧化铁纳米颗粒特征峰。XPS证实Fe/SBA-15 D富含Fe²⁺，而Fe/SBA-15C以Fe³⁺为主。BET比表面积分析表明Fe物种部分填充了SBA-15孔道。

2. 降解性能
   Fe/SBA-15 D在H₂O₂存在下对RB、PNP的降解率分别达100%和99.45%，而Fe/SBA-15C更擅长降解CPX（91.54%）。硫酸根通过形成SO₄•^?自由基协同提升•OH生成效率。

结论与意义
该研究证实Fe/SBA-15 D中高浓度Fe²⁺与H₂O₂的协同作用是高效降解的关键，而硫酸根作为电子-空穴陷阱进一步优化了反应路径。成果发表于《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》，为设计低成本、高稳定性的异相光芬顿催化剂提供了理论依据，尤其适用于含抗生素等难降解污染物的废水处理。