在可见光照射下，使用棕榈仁壳活性炭和Fe-Sn二元氧化物纳米复合材料对全氟辛酸的光催化降解和脱氟作用进行了研究

《Results in Chemistry》：The investigations of photocatalytic degradation and defluorination of perfluorooctanoic acid using palm kernel shell activated carbon and Fe-Sn binary oxides nanocomposite under visible light irradiation

PFAS降解研究开发新型纳米催化剂PKSAC-Fe?O?/SnO?，通过可见光催化实现92.4% PFOA降解率和51.23%脱氟率，机制涉及羟基自由基和电子转移协同作用，材料具备高热稳定性及生物衍生碳基底的低成本优势。

　　PFAS，尤其是全氟辛酸（PFOA）作为一种持久性有机污染物，其对环境和人类健康构成重大威胁。PFOA因其强大的碳-氟（C-F）键而难以降解，导致其在水体、土壤和生物体中广泛存在。由于其极强的稳定性，传统方法往往无法有效分解PFOA，且通常伴随着高能耗和二次污染风险。因此，开发高效、经济且环保的处理技术成为迫切需求。近年来，光催化技术因其无需外部化学试剂、利用太阳能等优点，成为一种有潜力的解决方案。然而，现有光催化剂普遍存在效率低、成本高或难以回收等问题，限制了其在实际应用中的可行性。为此，研究者提出了一种新型的光催化剂——由棕榈仁壳活性炭（PKSAC）支持的二元氧化物Fe?O?/SnO?纳米复合材料（PKSAC-Fe?O?/SnO?），旨在通过构建异质结结构，提升PFOA的光催化降解效率。

该研究中，PKSAC-Fe?O?/SnO?光催化剂通过独特的结构设计，将生物来源的活性炭与具有氧化还原活性的金属氧化物结合，从而在可见光条件下实现高效的PFOA分解。活性炭的高比表面积和吸附能力，为PFOA的吸附和后续反应提供了优良的基底。而Fe?O?和SnO?的协同作用，使得催化剂能够通过电子转移和自由基反应两种机制对PFOA进行降解。实验结果显示，在最佳条件下（pH 5、催化剂剂量5.0 mg、初始PFOA浓度20 ppm），PKSAC-Fe?O?/SnO?光催化剂在6小时内实现了92.40%的PFOA降解效率和51.23%的脱氟率，表明其在矿化PFOA方面具有显著优势。

研究团队通过一系列实验验证了该催化剂的性能。首先，对催化剂进行了热重分析（TGA）和氮气吸附-脱附实验，评估了其热稳定性和比表面积。结果显示，PKSAC-Fe?O?/SnO?具有比原始活性炭更高的比表面积和更优的热稳定性，能够在高温条件下保持结构完整，这对光催化反应的长期运行至关重要。随后，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）等技术，研究者进一步分析了催化剂的结构特征，确认了其表面官能团的分布和晶体结构的形成。这些分析为催化剂的优异性能提供了分子层面的解释，表明其结构设计能够有效促进电子传递和自由基生成。

扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像显示，PKSAC-Fe?O?/SnO?具有均匀的纳米结构，Fe?O?和SnO?纳米颗粒均匀分布在活性炭的孔隙中，形成了丰富的活性位点。这种结构不仅提高了催化剂的比表面积，还增强了其对污染物的吸附能力，使得PFOA能够迅速与催化剂表面接触并发生反应。同时，高分辨率TEM图像进一步揭示了Fe-O-Sn界面的存在，这有助于促进电荷分离，提高催化效率。

为了进一步优化催化反应条件，研究团队系统地考察了pH值、催化剂剂量和PFOA初始浓度对降解效率的影响。实验发现，pH 5是最佳条件，因为此时催化剂表面呈弱酸性，能够增强对PFOA的吸附和氧化能力。催化剂剂量5.0 mg时，降解效率达到峰值，表明催化剂的用量与活性之间存在平衡。此外，PFOA初始浓度为20 ppm时，降解效率最佳，而浓度过高会导致活性位点被占据，降低反应效率。这些结果表明，该催化剂在可见光下具有良好的适用性，能够在实际环境中实现高效降解。

研究还揭示了PFOA降解的反应机制。通过光催化反应，Fe?O?和SnO?能够产生多种活性物种，如羟基自由基（•OH）和电子（e?），这些物种能够与PFOA发生反应，使其分解为更短链的全氟羧酸（PFCAs）和最终产物氟化物（F?）和二氧化碳（CO?）。实验分析确认了五种关键的中间产物，表明PFOA的降解过程是一个逐步进行的链缩短过程。这一机制不仅提高了PFOA的降解效率，还有效减少了中间产物的累积，降低了其对环境的潜在危害。

此外，研究还评估了催化剂的可重复使用性。实验表明，经过多次循环后，PKSAC-Fe?O?/SnO?仍能保持较高的催化活性（<10%活性损失），显示出其在实际应用中的稳定性。这一特性对于实现可持续的污染治理至关重要，因为它减少了催化剂的更换频率，降低了长期运行成本。

尽管该催化剂表现出优异的性能，但仍存在一些局限性。例如，其合成过程需要特定的条件和材料，这可能影响其大规模生产的可行性。此外，在复杂废水环境中，可能存在干扰因素，如其他污染物和离子，这可能降低其降解效率。因此，未来的研究应进一步优化催化剂的合成工艺，提高其在实际应用中的适应性。

总的来说，该研究为PFAS污染的治理提供了一种创新的解决方案。PKSAC-Fe?O?/SnO?纳米复合材料通过其独特的结构设计和高效的催化机制，在可见光条件下实现了对PFOA的高效降解。其高比表面积、良好的热稳定性和优异的可重复使用性，使其成为一种可持续的光催化材料。这一成果不仅推动了光催化技术的发展，还为解决全球范围内的PFAS污染问题提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索该催化剂在不同污染物和复杂环境中的表现，以提高其在实际环境治理中的应用潜力。