[发明专利]一种生物制备腐殖酸-针铁矿共沉淀类芬顿催化剂的方法及其催化降解磺胺应用

说明书

本发明提供了一种生物制备腐殖酸‑针铁矿共沉淀类芬顿催化剂的方法及其催化降解磺胺应用。该生物制备方法为：亚铁氧化菌的培养；腐殖酸母液的配制；利用生物氧化性合成腐殖酸‑针铁矿共沉淀的方法。该方法的反应条件温和、成本低廉、操作简便且对环境友好。所合成的腐殖酸‑针铁矿共沉淀可作为类芬顿催化剂，处理含有磺胺抗生素废水，催化反应速率快、降解效率高且可重复利用性强，利于在实际废水处理过程中推广应用。

技术领域

本发明涉及一种腐殖酸-针铁矿共沉淀类芬顿催化剂的生物制备方法和应用。

背景技术

抗生素作为一类水环境中新兴的微污染有机物，具有难降解性、高风险性、潜在未知毒性和普遍残留性等特征。磺胺类药物是目前使用最广泛的一类抗生素药物，可能损伤细菌或真核细胞的DNA，对生物降解具有很高的抗性，并已在废水、地表水和地下水等环境样本中被检出。目前，许多污水处理系统对磺胺类药物的去除并不完全，导致残留于出水或污泥中的磺胺化合物对人类健康和环境造成极大威胁。针对当前磺胺类抗生素排放至环境引发的水生态安全问题，亟需更为高效的处理这类难降解有机污染物的新方法。

芬顿氧化法作为典型高级氧化技术之一，利用Fe²⁺和H₂O₂反应产生羟基自由基(·OH)降解有机污染物，处理成本低廉、效率高，并可实现污染物完全降解。但传统的芬顿技术存在催化剂回收困难和产生大量铁泥等问题。为了克服以上缺点，利用含铁矿物等非均相催化剂介导的类芬顿技术引起研究者们的广泛关注。通常情况下，由于Fe(III)与H₂O₂的反应速率较低，不利于含铁矿物催化的类芬顿反应的Fe(III)/Fe(II)循环，从而限制了污染物降解效率。为了解决上述问题，研究者们发现通过紫外/超声辐射、投加还原剂/配合剂、设计核壳结构等方法均可有效提高含铁矿物催化的类芬顿反应的Fe(III)/Fe(II)循环速率，进而提高污染物的降解效率。然而，以上措施在实际应用过程中仍存在成本高、步骤复杂、催化剂稳定性低和易造成二次污染等缺点。

腐殖酸是一种广泛分布于天然环境并拥有丰富含氧官能团的有机质。近年来，研究者们发现利用化学方法制备的腐殖酸-铁氧化物共沉淀可应用于有机污染物去除。例如，Niu H等人在Humic acid coated Fe₃O₄ magnetic nanoparticles as highly efficientFenton-like catalyst for complete mineralization of sulfathiazole、Peng L等人在Modifying Fe₃O₄ nanoparticles with humic acid for removal of Rhodamine B inwater以及N P F等人在Humic acid coated magnetic particles as highlyefficient heterogeneous photo-Fenton materials for wastewater treatments中指出，在90℃、N₂环境下，通过向含有Fe²⁺和Fe³⁺的溶液投加氨水和腐殖酸可合成腐殖酸-磁铁矿共沉淀；所合成的共沉淀可作为类芬顿催化剂、吸附剂和光芬顿催化剂高效去除有机污染物。然而，上述合成方法在共沉淀制备过程中需要使用有毒的化学试剂，操作条件严苛，程序复杂，并有可能对环境造成危害。寻找绿色高效的制备方法成为将应用腐殖酸-铁氧化物共沉淀处理污染物的研究热点。