聚多巴胺介导Fe(Ⅲ)/PMS协同活化高效降解罗丹明B的机制研究

针对传统Fe(Ⅲ)/PMS体系pH适用范围窄、Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环速率慢的问题，研究人员创新性引入聚多巴胺(PDA)作为共催化剂，构建PDA/Fe(Ⅲ)/PMS协同体系。该体系在12分钟内实现50 mg/L RhB 99.37%的去除率，pH适用范围扩展至2-11，并通过酚醌基团促进Fe(Ⅲ)还原和活性物种(SO4•?、•OH等)生成，为绿色水处理技术开发提供新思路。

　　

随着工业发展，染料废水污染已成为全球性环境挑战。罗丹明B(RhB)作为典型难降解染料，被世界卫生组织列为III类致癌物，其在水体中的持久性对生态系统和人类健康构成严重威胁。传统Fenton-like高级氧化技术虽能通过活化过硫酸盐(PMS)产生强氧化性自由基降解污染物，但铁基体系存在固有缺陷：Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环速率缓慢导致催化效率低下，且Fe(Ⅲ)在近中性pH条件下易水解形成铁泥，造成二次污染。如何突破pH限制、加速铁循环成为该领域亟待解决的科学问题。

安徽省重点研发计划等项目支持的研究团队创新性地从仿生材料中寻找解决方案。受贻贝粘附蛋白启发，研究人员将具有丰富酚醌基团的聚多巴胺(PDA)引入Fe(Ⅲ)/PMS体系，在《Journal of Molecular Structure》发表的研究中揭示了PDA介导的协同活化机制。

研究采用氧化聚合法制备PDA，通过SEM/TEM表征其形貌特征，结合XRD分析晶体结构。利用XPS技术追踪反应前后PDA表面化学态变化，采用电子顺磁共振(EPR)和自由基淬灭实验鉴定活性物种，并通过高效液相色谱监测RhB降解动力学。系统考察了PDA投加量、pH值、阴离子干扰等参数对降解效率的影响。

材料表征显示PDA呈现粗糙不规则形貌，其石墨(002)晶面衍射峰证实材料具有电子传导能力。降解性能实验表明，在PDA(5 mg)/Fe(Ⅲ)(0.15 mmol)/PMS(0.03 mmol)最优条件下，12分钟内RhB去除率达99.37%，较传统体系提升显著。值得注意的是，体系在pH 2-11范围内均保持90%以上去除率，突破传统Fenton技术pH≤3的限制。机理研究发现PDA表面酚羟基在反应中被氧化为醌式结构，同步将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，加速PMS活化产生SO₄^•?、•OH、¹O₂和•O₂^?四种活性物种。干扰实验显示除HCO₃^?外，常见阴离子和腐殖酸对体系影响较小，证实其实际应用潜力。

该研究首次系统阐明了PDA作为生物相容性电子穿梭体在优化Fe(Ⅲ)/PMS体系中的作用机制：①酚醌氧化还原对构建"电子高速公路"，实现Fe(Ⅲ)高效还原；②表面配位作用稳定铁物种，抑制铁泥形成；③多活性物种协同作用拓宽pH适用范围。Biao Xu等开发的PDA/Fe(Ⅲ)/PMS体系兼具高效性、广谱性和环境友好性，为染料废水处理提供绿色解决方案，其揭示的仿生材料介导电子传递机制对设计新型环境催化剂具有重要启示意义。