紫外光照射下AOP辅助金属氧化物负载CNT涂层棉材料高效光降解有害染料的研究

针对纺织废水中有害染料污染问题，研究人员开发了CeO2@TiO2-SiO2负载碳纳米管(CNT)涂层棉材料，通过高级氧化工艺(AOP)在UV/H2O2体系下实现亚甲基蓝(MB)染料99%的光催化降解，循环5次后仍保持80%效率，为纺织废水处理提供了可回收的新型光催化材料。

　　

纺织工业的快速发展带来了严重的染料污染问题，每年全球排放的工业染料高达7-14万吨，其中亚甲基蓝(MB)等染料不仅造成水体着色，其分解产生的芳香胺类物质还具有致癌风险。传统的水处理方法如混凝、吸附等存在二次污染或效率低下等问题，而光催化技术因其高效、无二次污染等优势成为研究热点。然而现有光催化剂如TiO₂、ZnO等存在可见光响应差、电子-空穴复合快等缺陷，限制了其实际应用。与此同时，碳纳米管(CNT)因其独特的结构和性能成为理想的催化剂载体，但如何将其与金属氧化物有效结合并实现稳定负载仍是技术难点。

研究人员通过沉淀-浸渍法成功制备了Ce@Ti-Si/CNT/Cotton光催化材料，采用FTIR、XRD、FE-SEM、EDX和UV-DRS等多种表征技术证实了金属氧化物与CNT在棉纤维表面的有效结合。在UV/H₂O₂体系中，该材料对MB染料展现出99%的降解效率，且循环使用5次后仍保持80%以上的活性。研究通过UV-Vis光谱监测降解过程，揭示了材料中CeO₂、TiO₂与CNT的协同作用机制：CNT不仅提供了大比表面积，还促进了光生电子的转移，抑制了电子-空穴复合；而CeO₂的引入增强了材料的光响应性能。棉纤维作为载体不仅解决了粉末催化剂的回收难题，其多孔结构还为反应提供了充足的活性位点。

研究采用的主要技术包括：沉淀法制备金属氧化物前驱体、浸渍法实现CNT在棉纤维上的负载、UV-Vis分光光度法监测染料降解动力学。通过对比实验证实，复合材料的性能显著优于单一组分，这归因于各组分的协同效应：CNT促进电荷分离，金属氧化物提供光活性位点，而棉纤维基底则确保了材料的机械强度和可回收性。

【材料表征】FTIR分析显示复合材料成功负载了CeO₂、TiO₂和SiO₂的特征峰；XRD证实了四方晶系TiO₂和立方晶系CeO₂的存在；FE-SEM观察到CNT网络均匀覆盖棉纤维表面；EDX证实了Ce、Ti、Si元素的均匀分布；UV-DRS显示复合材料具有较宽的吸收边带。

【光催化性能】在最佳条件下，90分钟内MB降解率达99%，反应符合准一级动力学模型。H₂O₂的加入显著提升了降解效率，证实了羟基自由基(·OH)在AOP过程中的关键作用。循环实验表明材料具有良好的稳定性，5次循环后效率仅下降19%。

【机理探讨】研究人员提出了可能的降解机制：UV激发产生电子-空穴对，电子被CNT捕获并转移至金属氧化物表面，与H₂O₂反应生成·OH；同时空穴直接氧化染料分子或与水反应生成·OH，这些活性物种共同作用实现染料的高效降解。

这项研究的意义在于：首次报道了Ce@Ti-Si/CNT/Cotton复合材料用于染料降解，为解决纺织废水处理难题提供了新思路；开发的负载型光催化材料兼具高效性和可回收性，克服了传统粉末催化剂难以回收的缺点；研究证实了AOP与光催化协同作用的优越性，为设计新型环境功能材料提供了理论依据。论文发表在《Journal of the Indian Chemical Society》，为水污染治理领域的技术创新做出了重要贡献。