Page 167 - 《精细化工》2022年第5期
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第 5 期                   李英豪，等: CoFe 2 O 4 的制备及其活化过硫酸盐降解磺胺甲唑                            ·1021·


                 three reaction cycles, indicating that CoFe 2O 4-550 had good stability and reusability.  A large amount of
                    –
                 SO 4 • and •OH radicals were produced during the  degradation  reaction, and the  corresponding catalytic
                 degradation mechanism was proposed.
                 Key words: cobalt ferrite; peroxymonosulfate; sulfamethoxazole; degradation; catalysis; water treatment
                 technology


                 近年来，抗生素类药物对生态系统造成了巨大                          实现对亚甲基蓝的快速去除。表明材料比表面积的增
            危害  [1-2] 。特别地，作为一种常见的抗生素类药物，                      加能有效加快催化反应速率，实现污染物的高效去除。
            磺胺甲唑（SMX）已被广泛应用于治疗呼吸系统                                因此，本文采用简单的共沉淀法在不同煅烧温
                                 [3]
            感染、肠道感染等疾病 。由于其无法被人体或动                             度下（450、550、650  ℃）制备了 CoFe 2 O 4 催化剂，
            物完全代谢，一旦被排放到环境中，就会对水生态                             并用于活化 PMS 降解 SMX。考察了催化剂用量，
            系统和人体健康造成危害。因此，迫切需要寻找一                             PMS 用量、初始 pH、无机阴离子种类和反应温度等
            种环保、高效和低成本的方法去除该类污染物。                              对 SMX 降解性能的影响。此外，探讨了催化剂的重复
                                      –
                 基于硫酸根自由基（SO 4 •）的高级氧化技术已                      使用性。最后，通过自由基猝灭实验分析了 CoFe 2 O 4 -
                                           [4]
            被广泛应用于去除水中有机污染物 。与传统的基于                            550/PMS 体系对 SMX 的催化降解机理。这项工作将
                                                     –
            羟基自由基（•OH）的高级氧化技术相比，SO 4 •具有                       为有效处理含有抗生素类废水提供一种新途径。
                                                   –
                                      [5]
            更高的氧化电位（2.5~3.1 V） ；另外，SO 4 •具有更
                                            [6]
            宽的 pH 适用范围和更长的半衰期 。一般来说，                           1   实验部分
               –
            SO 4 •可以通过物理方法（热、光、声等）和化学方                         1.1   试剂与仪器
                                2+
                    2+
                         2+
            法，如 Cu 、Zn 和 Co 等活化剂活化过硫酸盐（PS）                         六水合硝酸钴〔Co(NO 3 ) 2 •6H 2 O〕、七水合硫酸
                                         [7]
            或过一硫酸盐（PMS）直接产生 。其中，由于 PMS                         亚铁（FeSO 4 •7H 2 O）、盐酸、氢氧化钠、过一硫酸
            的不对称结构和 O—O 的键能较低，因此 PMS 比                         盐（PMS）、磺胺甲唑（SMX）、甲醇、叔丁醇、
                              [8]
            PS 更容易实现活化 。使用非均相催化剂活化 PMS                         草酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
                    –
            产生 SO 4 •不仅可以实现污染物的高效降解，而且可以                           TU-1901 紫外-可见分光光度计，北京普析通用
            解决催化剂的回收问题，因此受到了研究者们的青睐。                           仪器有限责任公司；ADVANCE D8 型 X 射线衍射
                 常见的非均相催化剂可分为单金属、双金属和                          仪，德国 Bruker AXS 有限公司；S-4800 型扫描电子
            多金属氧化物等。铁酸钴（CoFe 2 O 4 ）作为一种尖晶                     显微镜，日本 Hitachi 公司；TECNAI G20 型透射电
            石型铁钴氧体，其不仅具有优异的催化性能，而且                             子显微镜，美国 FEI 公司；NOVA 4200e 型 N 2 吸脱
                                                        [9]
            因其具有磁性，将有助于改善催化剂的重复使用性 。                           附等温仪，美国 Quantachrome 仪器公司；ESCALAB
            现已有许多方法用于制备 CoFe 2 O 4 ，如共沉淀法              [10] 、  250xi 型 X 射线光电子能谱分析仪，美国 Thermo
            水热法    [11] 、微波辅助法   [12] 和固相合成法   [13] 等。其中，      Fisher Scientific 公司；PPMS-9 型振动样品磁强计，
            共沉淀法不仅成本低、产量高，而且易获得比表面                             美国 Lake Shore 公司；TOC-L 型总有机碳分析仪，
            积较高的催化剂。在使用该方法制备催化剂时，原                             日本岛津科技有限公司。
            料配比、煅烧时间和煅烧温度等是影响催化剂性能                             1.2   制备
            的重要因素。LIU 等        [14] 使用共沉淀法在不同煅烧温                   采用共沉淀法制备 CoFe 2 O 4 -X。首先，将 2.18 g
            度下获得了硼氮掺杂型碳纳米管包覆的铁纳米粒子                             （7.5 mmol）Co(NO 3 ) 2 •6H 2 O 和 4.17 g（1.5 mmol）
            （Fe@C-NB）催化剂。结果表明，当煅烧温度从                           FeSO 4 •7H 2 O 溶于 100 mL 去离子水中，并进行搅拌；
            700 ℃升高到 900  ℃时，催化剂对污染物的降解效                       接着将得到的溶液缓慢倒入 0.15 mol/L 的草酸溶液
            果逐渐降低。此外，GUO 等            [15] 在 700~900  ℃下制      （100 mL）中，保持搅拌 1 h，使其充分混合。经静
            备了 CaFe 2 O 4 ，发现 800  ℃得到的 CaFe 2 O 4 样品          置，离心，90  ℃烘干后得到前驱体。在一定温度下
            （CaFe 2 O 4 -800）对罗丹明 B 的降解效率最好。可知，                （450、550 和 650  ℃）对获得的前驱体煅烧 2 h，
            使用共沉淀法制备材料时，煅烧温度对材料性能有                             冷却至室温后得到催化剂。材料命名为 CoFe 2 O 4 -X，
            一定的影响。AHMED 等          [16] 制备了 β-环糊精修饰的           X 表示煅烧温度，X 分别为 450、550 和 650  ℃。
            CoFe 2 O 4 ，β-环糊精增大了材料的比表面积，从而加                    1.3    降解实验
            快反应速率。ZHANG 等         [17] 制备了 CoFe 2 O 4 /ZIF-8 催     选择 10 mg/L 的 SMX 作为污染物，用来评价催
            化剂，载体 ZIF-8 使催化剂的比表面积增加，从而                         化剂的催化性能。量取 500 mL SMX（10 mg/L）加
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