科研人員綜述克服光芬頓體系局限性的方法

記者2月23日從長沙理工大學獲悉，該校水利與環境工程學院科研團隊的一項成果，將鐵基金屬有機骨架材料（Fe-MOFs）與芬頓試劑相結合，綜述了近年來芬頓試劑中Fe-MOFs在光照條件下的研究進展及操作條件，并系統地闡述了不同Fe- MOFs改性方法在光芬頓法作用下的機理。

上述研究成果以 “Fe-based metal organic frameworks (Fe-MOFs) for organic pollutants removal via photo-Fenton: a review”為題，于近期被《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）在線發表。長沙理工大學副教授杜春艷為第一作者，研究生張胤為第二作者，周璐老師為唯一通訊作者。

經濟增長、工業化和快速城市化所造成的水污染已成為人類面臨的最嚴重威脅之一。目前對水中有機污染物殘留的處理方法有很多種，包括物理去除、生物處理和化學降解等。物理方法如吸附、沉降、絮凝、過濾等，只能將有機污染物殘渣從水中分離出來，不能有效降解。環境中的大部分有機污染物可通過生物處理去除，但人工將活性生物引入水環境可能破壞其生物群落間的生態平衡，對生態系統造成不可逆轉的破壞。因此，化學降解受到廣泛關注。

高級氧化工藝(AOPs)是解決有機污染物最有前途的技術之一。在各種AOPs中，芬頓試劑因反應條件溫和、操作簡單而備受關注，但在實際應用中存在一些缺點，如pH范圍窄、催化劑不可再生、含鐵污泥沉積等。金屬有機骨架(MOFs)是由金屬離子或金屬團簇與有機配體自組裝而成的周期性網絡結構的晶體多孔材料，具有超高的可調孔徑和大比表面積，在抗菌應用、氣體儲存、吸附和分離、傳感和光催化方面具有很強的潛力。目前，已有幾篇綜述論文報道了用MOFs活化芬頓試劑，但這些論文都沒有對影響反應過程的因素進行深入探討。

研究團隊發現， Fe-MOFs具有大量的鐵位，可以成為優良的芬頓催化劑。MOFs的金屬節點可被認為是孤立的半導體量子點，可以在光照射下直接激活，也可以被有機連接物作為吸光天線，使Fe-MOFs成為更適合于光-芬頓體系的光催化劑。Fe-MOFs和光芬頓的協同作用加快了催化劑的電子空穴分離，使芬頓試劑在此組合下達到高降解率。

該研究提出，雖然Fe-MOFs在光芬頓工藝中的應用已經取得了顯著的進展，但該領域的研究仍有待進一步深入，包括開發可被自然陽光激發的Fe-MOFs，以減少能源消耗；通過開發新的有機配體形成新的Fe-MOFs來提高其光催化活性；加強關于反應中存在過量芬頓試劑以及過量芬頓試劑對環境影響的學術研究等。

“本研究綜述了近年來芬頓試劑中Fe-MOFs在光照條件下的研究進展及操作條件，提出了一種克服光-芬頓法應用局限性的方法，并系統地闡述了不同的Fe- MOFs改性方法在光-芬頓法作用下的機理。”該論文審稿人認為，近年來，光芬頓法去除有機污染物的研究一直是國內外研究的熱點，基于Fe-MOFs法的研究對新型高效催化劑的開發具有重要意義。