原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343720306230

文章摘要 

        目前，含有染料和颜料的污染废水释放到河流，湖泊和海洋是我们面临的最严峻的环境问题之一。由于水资源的其中一部分是供人类直接饮用的，并且染料和颜料具有生物毒性，所以它们的释放构成了严重的环境健康问题。在这些染料中，亚甲基蓝具有广泛的用途；例如原电池中的还原染料，真空包装食品中的氧气检测器，电致变色设备（后视镜，天窗或窗户），细菌学和显微镜的染色以及医学上的化学治疗剂。另一方面，人体摄入亚甲基蓝会引起多种健康疾病。因此，未经处理或完全消除染料的废水，不应该直接排入到自然水资源中。

本文通过自燃法或聚合法合成尺寸在7-16 nm的纳米MgFe₂O₄材料分别用于在黑暗和可见光照射条件下降解亚甲基蓝染料的催化剂。使用X射线衍射，原子吸收光谱，紫外吸收，扫描电镜，BET比表面积，热重，穆斯堡尔光谱和磁力分析对纳米MgFe₂O₄材料进行表征。结果表明两种方法合成的催化剂是MgFe₂O₄结构（Mg：Fe比例为1：2）和一些残留的前驱体有机化合物的组成，其能带隙在可见光区（E_g〜2.3 eV）。环境温度下材料的磁响对应软材料归因于材料的超顺磁性和受阻粒子力矩。当将催化剂加入到水溶液中时，亚甲基蓝的降解会在黑暗和可见光照射条件下发生，最大降解效率在反应开始35分钟之后，分别约为60％和75％。可见光照射条件下，催化剂的效率的提高取决于纳米MgFe₂O₄颗粒表面积。文章还分析了残留有机物以及比表面积在催化过程中的作用。

创新点

·        在可见光照和黑暗的条件下，使用MgFe₂O₄均可催化亚甲基蓝降解。

·        可见光照射能够提高MgFe₂O₄催化剂的效率。

·        在黑暗条件下，有机残留物会影响MgFe₂O催化性能。

·        在光照条件下，铁氧体中电子空穴对催化降解产生一定作用。

·        使用简单的磁铁即可轻松回收催化剂。

图1. 黑暗 (a) 和可见光照射(b)条件下，通过聚合法合成的MgFe₂O₄对亚甲基蓝的降解随时间的变化。

图2.残留有机物比例 (a) 和BET比表面积 (b)对催化降解效率的影响。

 英文摘要原文（Abstract）

    Nanostructured MgFe₂O₄ ferrites of crystallite sizes 7−16 nm synthesized by either autocombustion or polymerization methods were employed as catalysts in the degradation of methylene blue (MB) dye under dark and light irradiation conditions. The Mg-ferrites were characterized by XRD, atomic absorption, SEM, BET surface, thermogravimetric analysis, Mössbauer spectroscopy and magnetometry. All the catalysts can be described as hybrid composites of Mg-ferrites (with a 1:2 Mg:Fe ratio) and residual organic compounds coming from the precursors, whose band gap energy is in the visible region (E_g ∼ 2.3 eV). The magnetic responses at ambient temperature correspond to a soft material composed by the combination of superparamagnetic and blocked particle moments. The degradation of MB occurs under both dark and light conditions only when the catalyst is incorporated to the aqueous solution. The largest degradation efficiency percentages (PDE%) achieved after an interval of 35 min are around60 and 75 % under dark and light conditions, respectively. In the presence of visible light, the efficiency of the catalysts is enhanced in a percentage that depends on the surface area of the ferrite particles. The role of organic residues as well as the exposed surface area in the catalytic process are analyzed.

本期编辑助理简介：

马清泉，在美国新泽西理工大学就读博士，主要研究方向包括纳米材料，DFT, 电化学。