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为解决采矿尾矿环境危害与有机污染治理难题，研究人员以亚马逊退役尾矿坝锰矿尾矿为原料，绿色合成 Fe (II)- 水钠锰矿催化剂。该催化剂在类芬顿反应中 60 分钟内高效降解 4NP，太阳能辅助下 TOC 去除率达 90%，降低毒性，实现尾矿资源化与污染修复双赢。
采矿活动在推动全球经济发展的同时，也带来了严峻的环境挑战。在巴西亚马逊盆地的卡拉加斯地区，丰富的矿产资源开采产生了大量尾矿，这些尾矿通常堆积在坝体和池塘中，不仅存在坝体溃决的安全风险，还可能造成土壤和水污染，威胁生态系统与人类健康。即便采矿活动停止，退役尾矿坝中储存的尾矿仍成为长期的环境隐患。然而，尾矿并非毫无价值，其富含金属氧化物，具备作为低成本原料制备高附加值产品的潜力，如何实现尾矿的资源化利用并缓解环境压力，成为亟待解决的重要课题。
在众多锰氧化物矿物中，水钠锰矿（birnessite）因独特的层状结构备受关注。它由 MnO?八面体构成，锰元素存在 Mn3?和 Mn??等可变价态，层间可插入阳离子和水分子以平衡电荷，这使其在离子交换、污染物吸附与降解等环境应用中展现出巨大潜力。基于此，巴西相关研究机构（如 Cetene/MCTI）的研究人员开展了一项创新研究，利用亚马逊地区锰矿尾矿合成新型铁基催化剂，并将其应用于有机污染物修复，相关成果发表在《Sustainable Materials and Technologies》。该研究不仅为尾矿资源化提供了新路径，也为有机污染治理注入了新活力。
研究采用的主要技术方法如下：以巴西亚马逊卡拉加斯矿集区某退役尾矿坝的锰矿尾矿（RBA3）为原料，经清洗、干燥、球磨预处理后，通过三步法合成催化剂：首先将富锰尾矿热转化为含大量 Mn?O?的退火材料；随后将退火尾矿经 NaOH 水热处理制备钠型水钠锰矿（Na-OL-1）；最后通过室温下 Na?/Fe2?阳离子交换得到 Fe (II)- 水钠锰矿催化剂（Fe-OL-1）。采用 XRD、SEM、TEM、Raman、FTIR、EDS 等技术对材料结构与成分进行表征，通过批量实验评估催化剂在类芬顿反应中对 4 - 硝基苯酚（4NP）的降解性能，考察催化剂负载量、初始 pH、H?O?用量和温度的影响，并结合 Artemia sp. 死亡率测试评估毒性变化。
一、材料合成与表征结果
研究成功以锰矿尾矿为原料合成了 Fe (II)- 水钠锰矿催化剂（Fe-OL-1）。XRD、SEM 和 TEM 表征证实，经离子交换后材料形成了典型的水钠锰矿层状结构，层间距约为 7.22 ?。Raman、FTIR 和 EDS 分析进一步验证了 Fe2?成功嵌入层状结构中，表明通过简单的两步法（水热制备钠型水钠锰矿后进行阳离子交换）可实现从尾矿到高价值锰基纳米材料的转化，且该过程成本低、环境影响小。
二、类芬顿反应降解 4NP 性能评估
Fe-OL-1 在非均相类芬顿反应中对 4NP 的降解表现优异。参数研究显示，催化剂负载量、初始 pH、H?O? dosage 和温度均会影响降解效果。在使用 7.5 mM H?O?溶液（H?O?: 催化剂≈1.13）的条件下，不到 60 分钟即可去除大部分 4NP，最终实现 4NP 的完全降解。这表明该催化剂能有效催化 H?O?分解产生羟基自由基（?HO），进而高效降解目标污染物。
三、太阳能辅助过程强化矿化与毒性降低
太阳能辅助过程显著提升了 4NP 的矿化效果，总有机碳（TOC）去除率达到 90%。Artemia sp. 死亡率测试结果显示，处理后 effluent 的毒性明显降低，说明该过程不仅能降解污染物，还能有效降低水体毒性，提升修复效果的环境安全性。
四、降解机制探讨
研究提出了可能的污染物降解机制，认为材料中的锰物种在催化活性中发挥关键作用。锰的可变价态可能参与了 H?O?的活化过程，促进羟基自由基的生成，从而驱动 4NP 的降解与矿化，为理解催化剂作用原理提供了重要参考。
该研究的结论与意义重大。研究通过绿色合成方法，将采矿尾矿转化为高性能 Fe (II)- 水钠锰矿催化剂，实现了 “废物” 到 “资源” 的转化，降低了采矿活动的环境影响。该催化剂在类芬顿反应中高效降解 4NP，结合太阳能辅助技术后矿化率高且能降低毒性，为 4 - 硝基苯酚等有机污染水体的修复提供了低成本、高效的解决方案。这项研究将尾矿资源化与环境修复相结合，是提升环境可持续性的重要一步，为推动 “低成本 / 低消耗” 环保催化剂的发展奠定了基础，对促进矿业与生态环境的协调发展具有深远意义。
