纳米零价铁(nZVI)是活化过氧乙酸的有效催化剂,但其易钝化,Fe³⁺/Fe²⁺循环缓慢。MoS₂纳米花具有巨大的比表面积,其表面富含不饱和的Mo⁴⁺位点,能够作为助催化剂,将反应中产生的Fe³⁺还原为Fe²⁺。本研究将纳米零价铁颗粒原位负载于MoS₂纳米花的花瓣上。在处理含磺胺类抗生素的废水时,MoS₂@nZVI/过氧乙酸系统展现了远超纳米零价铁/过氧乙酸系统的降解速率和pH适用范围。电子顺磁共振和自由基捕获实验证实,除了·OH和有机自由基外,该体系还可能产生了具有强氧化能力的高价铁-氧络合物。
MoS₂的加入,通过将累积的Fe³⁺快速还原为Fe²⁺,确保了催化循环的持续高效运转,抑制了铁泥的产生。MoS₂纳米花的三维开放结构,为纳米零价铁颗粒的负载提供了充足的表面,并促进了污染物的传质。在连续5次循环使用中,MoS₂@nZVI催化剂的活性和结构保持稳定,铁离子溶出浓度极低。该催化体系在较宽的pH范围(3-7)内均保持高效,克服了传统芬顿反应的pH限制。在含有高浓度天然有机质和无机阴离子的真实水体中,该体系对磺胺类抗生素的降解率依然较高。
这项工作证明了MoS₂作为一种优良的类芬顿助催化剂,在强化纳米零价铁活化过氧乙酸方面具有巨大潜力。该研究为设计高效、稳定、宽pH适用的非均相类芬顿催化剂提供了新的思路,在抗生素废水深度处理领域具有重要的应用价值。
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