Page 28 - 《精细化工》2020年第9期
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·1742· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷
协同作用下得到提高。结果表明,反应 60 min 后, 3 结论与展望
多面体 Fe 3 O 4 纳米颗粒催化 UV-Fenton 体系的降解
率可达 96.7%,显著高于多面体 Fe 3 O 4 /H 2 O 2 体系(降 本文总结了现阶段基于 Fenton 反应的纳米模拟
解率为 40%)和球形 Fe 3 O 4 纳米颗粒催化 UV-Fenton 酶在降解水中有机污染物领域的研究进展。基于
体系(降解率为 28%)。此外,多面体 Fe 3 O 4 纳米颗 Fenton 反应的各种纳米模拟酶对有机染料、酚类化
粒催化 UV-Fenton 反应具有较宽的 pH 适用范围(pH 合物、农药以及抗生素等有机污染物均表现出了较
3~9)。该降解体系可以在磁场下连续循环使用 5 次, 好的催化降解效果。尽管如此,该类纳米模拟酶材
具有优异的化学稳定性和降解活性,这为光催化型 料的应用和发展仍面临着诸多挑战:(1)新型纳米
纳米模拟酶催化剂的制备和研发开辟了新的途径。 酶的修饰技术还应继续完善。目前,纳米模拟酶材
磺胺二甲嘧啶(SMT)的长期暴露严重威胁到 料的催化活性大多依赖于表面的催化位点数量。一
水生态系统的安全 [53] 。TANG 等 [54] 通过简单热解 般认为,暴露的位点数量越多,模拟酶催化活性越
[Fe,Cu]-BDC 前驱体,在介孔碳壳(FeCu@C)内制 高。但纳米模拟酶制备过程中,常需通过各类修饰
备了具有铁铜双金属纳米粒子的三维花状 Fenton 催 技术来改良模拟酶材料的功能性。这些表面修饰技
化剂(FeCu@C),并应用于 H 2 O 2 催化降解的过程 术会删减模拟酶的暴露位点,进而削弱模拟酶的酶
中,机理如图 4 所示。FeCu@C 具有独特的结构和 催化活性。鉴于此,催化活性和功能性之间的平衡
组成,在 H 2 O 2 活化后可表现出优异的吸附性能和催 以及表面修饰技术的选择仍有待研究。(2)基于
化性能。在 FeCu@C 加入量为 0.25 g/L,SMT 质量 Fenton 反应的纳米酶的应用领域和辅助方法仍存在
浓度为 20 mg/L,H 2 O 2 浓度为 1.5 mmol/L,初始溶 局限。研究表明,基于 Fenton 反应的纳米模拟酶催
液 pH 为 3.0 的条件下,90 min 内 SMT 的去除率可 化降解农药残留的报道相对较少,可在该领域继续
达到 100%,240 min 内总有机碳转化率可达到 深入拓宽降解体系的应用范围。此外,该类型纳米
72.3%。结果表明,由于活性中心具有多孔的花状核 酶协同降解水中有机污染物过程中常采用光 Fenton
壳结构,而且在内部双金属纳米粒子中铁和铜活性 法和电 Fenton 法,而对于超声 Fenton 法和微波
物种之间具有协同作用。因此,活性中心具有高分散 Fenton 法的探究较少。下一步可围绕不同的辅助方
性和良好的渗透性,这一过程改善了 FeCu@C 的催化 法展开研究,进一步提升纳米酶对有机污染物的降
性能。 解效率。(3)需改善新型纳米酶的生物相容性。基
于 Fenton 反应的纳米模拟酶降解体系是针对水环境
中的有机污染物,如果此类纳米酶在制备和降解过
程中在水体内造成有毒物质残留会导致水体的二次
污染。因此,在下一步的研究进程中,纳米酶的绿
色制备技术和绿色原材料的研发将会是本领域的研
究热点。(4)该类型纳米酶针对不同有机污染物的
降解机制还不够完整,中间过程的分析还不够充分,
尚需深入探索。综上所述,基于 Fenton 反应的纳米
模拟酶在降解水环境有机污染物中仍具有广阔的研
图 4 基于芬顿反应的 FeCu@C/H 2 O 2 过氧化物模拟酶降
解 SMT 的反应机理 [54] 究空间和应用价值,将为水污染治理和饮用水净化
Fig. 4 Reaction mechanism of SMT degradation in FeCu@ 技术的改良提供新的途径。
C/H 2 O 2 peroxidase-like system based on Fenton
reaction [54] 参考文献:
[1] ZHANG Z J, YANG Y, LI C L, et al. Porous nanofibrous
目前,抗生素残留大多采用传统生物技术对其 superhydrophobic membrane with embedded Au nanoparticles for
进行处理,该类废水中抗生素及其他具有毒性的物 the integration of oil/water separation and catalytic degradation[J].
Journal of Membrane Science, 2019, 582: 350-357.
质在一定程度上会抑制生化处理体系中的微生物活 [2] LIU Y L, LIU M, JIA J, et al. β-Cyclodextrin-based hollow
性,使其难以达到理想的处理效果。综上所述,基 nanoparticles with excellent adsorption performance towards organic
and inorganic pollutants[J]. Nanoscale, 2019, 11(40): 18653-18661.
于 Fenton 反应的金属基纳米酶材料可有效去除水体 [3] VIKRANT K, KIM K H. Nanomaterials for the adsorptive treatment
中的抗生素残留,且能够克服极性环境条件。将 of Hg (Ⅱ) ions from water[J]. Chemical Engineering Journal, 2019,
358: 264-282.
Fenton 反应和纳米酶催化技术相结合,在技术手段 [4] ISSAKHOV A, ZHANDAULET Y. Numerical simulation of thermal
上力求简便、高效、环保,将为酚类物质的降解提 pollution zones′ formations in the water environment from the
activities of the power plant[J]. Engineering Applications of
供新方法。 Computational Fluid Mechanics, 2019, 13(1): 279-299.