印染废水中残留的合成染料，如罗丹明B，不仅色度高、影响水体感官，且多为生物难降解、具有潜在的“三致”（致癌、致畸、致突变）效应。基于过一硫酸盐的高级氧化技术，因其产生的硫酸根自由基氧化能力强、半衰期长而备受关注。尖晶石型铁氧体（如CuFe₂O₄）是一类高效的过一硫酸盐非均相催化剂，其晶格中Cu⁺/Cu²⁺和Fe²⁺/Fe³⁺的双重氧化还原循环，能够协同催化过一硫酸盐分解产生活性氧物种。然而，纯纳米CuFe₂O₄颗粒具有磁性，极易团聚，严重降低了其有效活性比表面积。将其负载于高比表面积的载体上，是解决这一问题的有效途径。

  本研究选用廉价、可再生的农业废弃物稻壳为原料，在高温缺氧条件下热解制备了具有发达孔隙结构和丰富表面含氧官能团的稻壳生物炭。随后，通过一步水热法，在生物炭悬浮液中原位合成了CuFe₂O₄纳米颗粒，使其均匀、牢固地锚定在生物炭的碳骨架表面和孔道内。生物炭载体不仅起到了分散和稳定CuFe₂O₄纳米颗粒、防止其团聚的作用，其巨大的比表面积还能通过物理吸附，将废水中的罗丹明B分子富集到催化剂附近，在活性位点周围创造出高浓度的微反应区，从而显著提高了降解反应的速率。实验表明，该复合材料活化过一硫酸盐对罗丹明B的降解速率常数是单独CuFe₂O₄纳米颗粒的3倍以上。

  反应机理探究证实，体系中同时存在硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基和非自由基的单线态氧，其中硫酸根自由基对染料的降解和脱色贡献最大。处理完成后，得益于CuFe₂O₄固有的铁磁性，使用一块简单的永久磁铁即可在数十秒内将催化剂从水中快速分离回收。经过连续5次的“降解-磁分离-水洗再生”循环实验，复合催化剂的催化活性和质量损失均保持在可接受范围内，展现了良好的应用前景。这种将农业废弃物资源化制备功能材料，并用于工业废水处理的技术路线，充分体现了“以废治废”的循环经济理念。

标签: