废弃硅藻土资源化制备类芬顿催化剂降解水中新兴污染物BPA的研究

本研究针对啤酒工业废弃硅藻土(SD)的资源化利用难题，通过热解-碱蚀-铁浸渍多步改性工艺，成功将其转化为高效类芬顿(Fenton-like)催化剂，用于降解水中难降解污染物双酚A(BPA)。改性后的催化剂(10 wt.% Fe-RAID)在70°C、pH 3条件下实现85%的矿化率，且具有优异的稳定性和重复使用性，为工业废弃物高值化利用和水处理高级氧化工艺(AOPs)提供了新思路。

　　

随着制药、化妆品和化工产品的广泛使用，新兴污染物(ECs)在水环境中的累积已成为全球性环境问题。这类物质包括双酚A(BPA)等内分泌干扰物，因其持久性和生物累积性，传统水处理技术难以有效去除。啤酒工业每年产生大量废弃硅藻土(SD)，其主要成分硅藻骨架具有多孔结构和丰富表面羟基，是潜在的催化剂载体。如何将这种工业废弃物转化为高附加值环境功能材料，同时解决水污染治理难题，成为环境工程领域的研究热点。

阿根廷国家科学技术研究委员会(CONICET)的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，开发了将SD转化为高效类芬顿催化剂的新方法。研究采用三步改性工艺：550°C热解去除有机物、氢氧化钠碱蚀扩大比表面积、铁盐浸渍引入活性位点。通过N₂物理吸附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段证实，碱蚀使比表面积提升40倍，铁物种以α-Fe₂O₃和Fe₃O₄形态均匀分布。

INTRODUCTION
研究指出，商用硅藻土Celite Hyflo Super-Cel?原始比表面积仅1.6 m2/g，经啤酒过滤后有机物堵塞孔隙。热解处理后的再生硅藻土(RD)虽恢复部分孔隙，但碱蚀处理(RAD)通过溶解无定形硅产生介孔结构，使比表面积达68 m2/g。

Brewing spent diatomite
原料分析显示SD含0.4 wt%本征铁，经改性后10 wt.% Fe-RAID催化剂中铁主要以纳米颗粒形式存在，M?ssbauer谱证实Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原对的协同作用。

Materials’ characterization
SEM显示改性后硅藻骨架保持完整，但表面出现蜂窝状蚀刻孔道。XRD证实碱蚀选择性去除无定形相，保留结晶SiO₂主体结构。

CONCLUSIONS
在最优条件下(2 g/L催化剂，36:1 H₂O₂/BPA摩尔比)，10 wt.% Fe-RAID催化剂实现85% TOC去除率，铁浸出量低于0.5 mg/L。经过5次循环使用后活性仅降低7%，显著优于均相芬顿体系。

该研究的意义在于：首次实现酿造废弃物全组分高值化利用，碱蚀工艺避免强酸处理的环境风险；开发的催化剂兼具异相催化稳定性和均相反应效率；为工业废弃物-环境治理协同解决方案提供示范。研究获得阿根廷国家科技促进局(ANPCyT)资助，相关技术已申请专利保护。