微囊藻毒素-LR(MC-LR)是蓝藻水华释放的强致癌性肝毒素,对饮用水安全构成严重威胁。光催化氧化是去除和解毒MC-LR的有效方法。TiO₂是经典光催化剂,但其仅能利用紫外光且粉末状难以回收。以天然生物质模板构建三维自支撑的光催化膜,是解决这些问题的理想方案。丝瓜络具有天然的三维互联大孔网络,是制备生物质碳气凝胶的绝佳模板。将丝瓜络在惰性气体中碳化后,得到保持原始形貌的丝瓜络碳气凝胶(LFCA),其具备良好的导电性、亲水性和机械柔韧性。随后,通过水热法在LFCA骨架上原位生长Fe₃O₄和TiO₂复合纳米颗粒,构建了集吸附、光催化和易分离于一体的LFCA/Fe₃O₄/TiO₂三维光催化膜。
SEM和TEM图像显示,TiO₂和Fe₃O₄纳米颗粒均匀、紧密地锚定在LFCA的碳纤维表面。UV-Vis DRS和电化学测试表明,Fe₃O₄的引入将复合材料的光响应范围扩展至可见光区,并且其与TiO₂之间构成的异质结(包括Fe₃O₄对TiO₂导电带的电子注入效应)有效抑制了光生电子-空穴对的复合。在可见光照射下的动态过滤实验中,该三维膜对水中MC-LR展现出了极高的去除效率。LFCA网络自身的吸附作用将MC-LR富集,随后被可见光激发产生的·OH和·O₂⁻等活性氧物种迅速降解,Adda侧链的共轭双键被有效破坏,处理出水的蛋白磷酸酶抑制活性被消除,实现了真正的解毒。
利用Fe₃O₄的磁性,该复合膜可以方便地进行磁分离回收。在连续6次循环使用中,LFCA/Fe₃O₄/TiO₂膜对MC-LR的去除率保持稳定,展现了良好的再生性能和结构稳定性。该研究将废弃生物质资源化利用与高效光催化水处理相结合,为应对水体中有害藻华毒素的污染提供了绿色、可持续的材料解决方案。
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