铁锰改性蒙脱石协同催化实现Cr(VI)与亚甲基蓝高效同步去除的机制研究

工业废水中有机染料与重金属Cr(VI)的同步去除是环境治理难题。武汉理工大学团队开发了Fe-Mn-蒙脱石(MMT)类芬顿催化剂，通过Fe(III)/Fe(II)、Mn(IV)/Mn(II)和Cr(VI)/Cr(III)三重氧化还原循环协同作用，在pH 3.14-10.21范围内实现MB降解率96.65%、Cr(VI)还原率99.3%，且Cr(VI)被转化为低毒Cr(III)的同时促进•OH生成。该研究为复合污染废水处理提供了新型高效催化剂。

　　

工业废水治理正面临有机污染物与重金属复合污染的双重挑战。纺织、电镀等行业排放的废水中，致癌性六价铬Cr(VI)常与亚甲基蓝(MB)等难降解染料共存，传统吸附法仅实现污染物相转移而无法彻底解毒。如何通过催化反应同步实现Cr(VI)还原与染料矿化，成为环境催化领域亟待突破的科学难题。

武汉理工大学资源与环境工程学院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，创新性地设计出蒙脱石负载铁锰氧化物(Fe-Mn-MMT)催化剂。该材料通过构建Fe-Mn-Cr三重氧化还原循环体系，不仅将Cr(VI)高效还原为低毒Cr(III)，还巧妙利用Cr(VI)/Cr(III)转化过程促进羟基自由基(•OH)生成，实现MB的高效矿化。这种"以废治废"的设计思路，为复合污染治理提供了全新解决方案。

研究采用沉淀-煅烧法制备催化剂，通过X射线衍射(XRD)确认Fe₂O₃和MnO₂的晶相结构，结合X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)分析氧化还原机制。通过调控pH值、污染物浓度等参数优化反应条件，并采用自由基捕获实验验证反应机理。

催化剂表征
XRD显示Fe-Mn-MMT保留蒙脱石特征峰(2θ=5.38°)，同时出现Fe₂O₃和MnO₂衍射峰，证实活性组分成功负载。

催化性能评估
在pH 3.14-10.21宽范围条件下，Fe-Mn-MMT/H₂O₂体系对MB降解率保持96.65%，Cr(VI)还原率达99.3%，化学需氧量(COD)去除率65%，显著优于单一金属催化剂。五次循环后活性仅下降7.2%，显示优异稳定性。

反应机理
EPR检测到•OH特征信号，证实Cr(VI)/Cr(III)循环促进H₂O₂分解产生自由基。XPS显示Fe(II)/Fe(III)和Mn(II)/Mn(IV)价态变化，形成电子传递链：MB→Mn(IV)→Fe(III)→Cr(VI)，实现污染物协同去除。

该研究突破传统芬顿反应pH限制，通过多金属协同效应构建高效催化体系。Gaoke Zhang团队提出的三重氧化还原循环机制，不仅实现Cr(VI)解毒与染料降解的协同增效，更开创性地将有害重金属转化为催化助剂。这项技术为工业废水深度处理提供了经济高效的解决方案，在环境催化领域具有重要应用前景。