Page 27 - 《精细化工》2020年第9期
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第 9 期             关桦楠，等:  基于芬顿反应纳米模拟酶快速去除水中有机污染物的应用进展                                   ·1741·


            激性强，对生物体具有较大危害。该文综述了基于                                 农药残留在水体中的危害已经成为亟待解决的
            Fenton 反应的纳米酶在水体中高效去除酚类污染物                         问题。农药种类繁多，结构复杂，对生物体的毒性
            的典型案例。结果表明，此类纳米酶在去除酚类污                             强，无论是特异性吸附法还是生物降解法都不能有
            染物的过程中，通过引入光电催化辅助技术，可极                             效去除农药残留。该文所综述的基于 Fenton 反应的
            大程度地提升降解效率。与此同时，纳米酶也表现                             纳米酶降解技术可忽略农药的结构差异和环境条
            出了良好的稳定性，可循环使用多次并有效维系催                             件，高效去除不同种类的农药。此类型的纳米酶材
            化活性，这将降低纳米酶的使用成本，提高其应用                             料在农药降解领域具有极大的应用价值。
            价值。                                                2.4   纳米模拟酶催化降解抗生素
            2.3   纳米模拟酶催化降解农药有机污染物                                 目前，伴随着兽药中抗生素的大量使用，磺胺
                 莠灭净是一种选择性有机除草剂，常用于农田                          甲唑、磺胺嘧啶、磺胺甲氧嘧啶、四环素、土霉
            和荒地中杂草的去除，具有较高的浸出力，常会残                             素、红霉素和罗红霉素等常见抗生素在水生态系统
            留于地表水中       [43] 。SANGAMI 等  [44] 使用桉树叶提取         中均有发现并探测到较高的浓度。因此，采用有针
            物，利用原始红土制备出铁纳米颗粒（LGFeNPs），                         对性的方法来处理抗生素污染问题至关重要                    [49-50] 。
            并以 LGFeNPs 为模拟酶 Fenton 催化剂，对水中的                    HASSAN 等   [49] 首次将 M 型六铁氧体锶磁性纳米粒
            莠灭净进行降解。结果表明，与使用铁盐作为前体                             子模拟酶（SrM-NPs）作为非均相 Fenton 催化剂用
            的化学方法（NaBH 4 还原法）相比，采用天然红土                         以降解抗生素，反应机理如图 3 所示。以四环素、
            绿色合成模拟酶的方法降解莠灭净更为有效。                               泰乐菌素和磺胺喹喔啉 3 种抗生素（质量浓度为
                 滴滴涕〔1,1,1-三氯-2,2-双（4-氯苯基）乙烷，                  10 mg/L）为研究对象进行降解实验，结果表明，在
            DDT〕是一种使用量较大的有机农药。它具有抗分                            17 h 内，该系统对抗生素的降解率可达到 85.9%~
            解性和亲油性，这使其在土壤和水中大量残留，并                             88.2%；在 24 h 内，该体系便可完全降解抗生素且
            通过食物链的富集作用，最终严重危害人类健康                      [45] 。  总有机碳去除率为 74.8%~87.2%。在非均相 Fenton
            XIE 等  [46] 采用水热法合成了一种新型的 Ni@Fe 3 O 4              工艺中使用 SrM（M 型六铁氧体锶磁性纳米粒子）
            催化剂，并系统地研究了其作为模拟酶结合非均相                             多相催化剂还可以避免铁泥的二次污染。该研究为
            Fenton 反应对 DDT 有机污染物的降解活性。结果表                      设计和合成高性能 Fenton 催化剂提供了基础资料。
            明，该体系中催化剂用量过多反而会影响催化活性
            的提高，且过量的 H 2 O 2 也会导致降解率的下降。研
            究显示，该复合材料在 pH=7 时表现出最为优异的
            催化活性。与原始氧化铁相比，Ni@FeO x 作为过氧
            化物模拟酶催化剂在非均相 Fenton 体系中的催化降
            解性能会明显提高，是一种颇具潜力的降解 DDT 催
            化剂。
                 吡虫啉是农业领域最常用的有机杀虫剂之一，
            其在水中具有较高的稳定性，不易被降解                   [47] 。WANG
            等 [48] 以介孔二氧化硅（KIT-6）为硬模板成功制备了
            有序介孔铜铁氧体过氧化物模拟酶（ meso-

            CuFe 2 O 4 ），并首次将其作为非均相 Fenton 催化剂对                图 3   微生物燃料电池诱导的模拟酶电催化芬顿体系的
            吡虫啉进行降解。结果表明，meso-CuFe 2 O 4 在非均                        示意图和反应机理       [49]
            相 Fenton 体系中对吡虫啉具有良好的降解活性。在                        Fig. 3    Schematic illustration and reaction  mechanism  of
                                                                     MFC-induced enzyme-like electro-Fenton system [49]
            酸性条件下（pH=3），加入 0.3 g/L 的催化剂和
            40 mmol/L 的 H 2 O 2 溶液中 5 h 可完全去除 10 mg/L              四环素（TOC）是目前应用最广泛的抗生素之
            吡虫啉。动力学分析表明，降解速率与•OH 的生成                           一，但大部分未被吸收的 TOC 会排放到水环境中，
            量成正比关系，这也说明了•OH 参与了吡虫啉的氧                           对人类健康和水生态系统造成潜在的威胁。鉴于此，
            化还原反应。此外，meso-CuFe 2 O 4 具有很低的铁浸                   如何高效地将其从水溶液中去除和降解已成为公众
                                                               极为关注的问题       [51] 。ZHU 等 [52] 以硫酸亚铁和硫代硫
            出率，5 次循环实验表明，磁性催化剂 meso- CuFe 2 O 4
            的稳定性和可回收性均良好，易于分离。综上所述，                            酸钠为前驱体，在 140  ℃下采用水热法合成了具有
            在去除有机农药污染物方面，该磁性模拟酶催化剂                             暴露的高能{110}面的多面体 Fe 3 O 4 纳米颗粒。TOC
            结合 Fenton 反应的体系具有巨大的潜在优势。                          的光降解效率在紫外光与多面体 Fe 3 O 4 纳米颗粒的
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