蒙脱石负载硫掺杂赤铁矿复合材料的光芬顿催化性能及其增强机理研究

何家鸿，吴宏海，卢鹏澄

(华南师范大学环境学院，广州 510006)

芬顿(Fenton)反应工艺是一种典型的高级氧化水处理技术，在废水处理与环境修复中得到广泛应用. 近年来，光芬顿和类光芬顿过程受到了广泛关注，研究方向主要集中在非均相过程上. 在非均相催化反应中，铁被固定在催化剂上，同样可以有效地催化H2O2分解成·OH，而不会产生Fe(OH)3沉淀[1]，从而降低该工艺的成本.

≡Fe(III)+H2O2→≡Fe(II)+HO2·+H+

(1)

≡Fe(II)+H2O2→≡Fe(III)+HO·+OH-

(2)

半导体(如TiO2、CdS、g-C3N4等)通过光激发后能持续地产生光生电子与空穴，光生电子从价带被激发跃迁至导带上.

(3)

当光生电子的电势低于Fe3+的还原势能(E0(Fe3+/Fe2+)=+0.77 V vs. NHE)时，这些电子能够有效地将Fe3+还原成Fe2+，从而加快芬顿反应速率，同时可以减少还原Fe3+所需的H2O2，因而提高H2O2的利用效率[2]. 尽管固相Fe(III)还原势能难以确定，但有关研究发现，光生电子同样能有效地还原固相Fe(III)[3].

Fe(III)+eCB-→Fe(II)

(4)

赤铁矿(α-Fe2O3)是最稳定的铁氧化物，具有n型半导体性质. 由于Fe2O3具有天然丰度高、成本低、无毒、化学稳定性好和良好的能带隙(约2.2 eV)等优点，因而在催化等领域得到广泛应用[4]. 但α-Fe2O3的光吸收性差、孔扩散长度较短(2～4 nm)、电子-空穴复合率高、电导率较低等原因，所以影响了α-Fe2O3的类光芬顿催化应用效果.

为了克服上述缺点，本文尝试对α-Fe2O3进行硫掺杂，利用硫掺杂改善该矿物的导电性能和禁带结构，进而强化其光催化性能. 同时，将其负载于蒙脱石上，利用具有特殊片层结构的蒙脱石与硫掺杂α-Fe2O3组装复合，以期提高催化材料的比表面积，增加催化剂表面活性位点，并通过蒙脱石带有的固体……