阿拉伯胶增强磁性生物炭纳米光催化剂高效降解废水中甲硝唑的研究

推荐：本研究针对水体中抗生素污染问题，开发了一种基于生物炭和阿拉伯胶(GA)的磁性纳米复合材料CuCoFe2O4@GA/AC，通过微波辅助共沉淀法合成，在UV-C照射下50分钟内实现95.45%的甲硝唑(MNZ)降解率。该催化剂具有优异的磁回收性能和稳定性，为抗生素废水处理提供了绿色解决方案。

　　

随着抗生素在医疗和养殖业的广泛应用，水体中抗生素残留引发的环境问题日益严峻。甲硝唑(MNZ)作为典型硝基咪唑类抗生素，具有高水溶性和低生物降解性，易通过食物链富集并诱导细菌耐药性。传统水处理方法对MNZ去除效率有限，开发高效、可持续的降解技术成为环境工程领域的研究热点。

研究人员通过微波辅助共沉淀法成功制备了阿拉伯胶(GA)修饰的CuCoFe₂O₄@GA/AC磁性纳米光催化剂。该材料结合了生物炭的高吸附性、铁酸盐的可见光响应特性以及GA的稳定分散作用，在pH=7.5中性条件下，0.2 g/L催化剂用量和1 mM过硫酸盐协同作用下，50分钟内实现95.45%的MNZ降解效率，矿化率达69.56%。研究论文发表在《Results in Engineering》期刊。

关键技术方法包括：1）微波辅助共沉淀法合成纳米复合材料；2）X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)表征材料结构；3）振动样品磁强计(VSM)测定磁性能；4）紫外-可见漫反射光谱(DRS)分析光学特性；5）动力学模型拟合降解过程。

研究结果显示：1）材料表征证实CuCoFe₂O₄@GA/AC具有45 nm平均粒径、35 emu/g饱和磁化强度和3.6 eV带隙；2）优化实验表明中性pH和0.2 g/L催化剂用量为最佳条件；3）自由基捕获实验证明硫酸根自由基(SO₄^•-)是主要活性物种；4）实际废水处理中仍保持75%去除率；5）五次循环使用后效率仅降低17.6%，展现出良好稳定性。

该研究创新性地将天然多糖GA作为纳米粒子稳定剂，解决了磁性材料易团聚的问题。相比传统光催化剂，该复合材料具有三大优势：1）中性pH适用性拓宽了实际应用场景；2）磁性回收特性降低了运行成本；3）生物基材料增强环境友好性。研究为开发低成本、高效率的抗生素降解技术提供了新思路，对保障水环境安全和公共卫生具有重要意义。未来研究可进一步优化GA包覆工艺，探索太阳光驱动体系，并评估降解中间产物的生态毒性。