臺中中興大學黃智峰J. Water Process. Eng.：電紡納米氧化鐵修飾碳纖維活化過碳酸

 DOI:10.1016/j.jwpe.2020.101838

過碳酸鈉（2Na2CO3?3H2O2）（PC）是一種很有前途的H2O2替代品，因為PC是固相的，更易于處理；然而，通常需要鐵（Fe）物種來活化PC，以便在降解毒物時有效地產生羥基自由基（HR）。由于均質的鐵物種會導致嚴重的沉淀問題，因此異質的氧化鐵納米離子（NPs）似乎很有希望，但該類納米離子在水中往往會聚集。因此，開發負載型氧化鐵納米粒子至關重要。由于碳質材料是最有用的載體之一，因此碳質材料甚至可以加工成特殊的形態來支撐氧化鐵NPs。在此，研究者采用靜電紡絲技術開發了碳纖維（CF）作為有利的碳載體，因為CF具有較大的縱橫比（50:1），使得氧化鐵納米粒子能夠很好地修飾在碳纖維上，從而形成一種很有前途的用于PC活化的氧化鐵NP修飾CF（FeCF）。使用SEM、TEM、XRD、XPS、拉曼光譜和N2吸附等溫線對FeCF進行了表征。該FeCF表現出明顯高于原始Fe2O3 NPs的催化反應活性，以活化PC生成HR，然后降解有毒物質Azorubin S（AZS）。FeCF的AZS降解活化能（Ea）值也比其他報道的催化劑低得多。此外，FeCF還可以重復用于活化PC以降解AZS。此外，還闡明了FeCF活化PC以降解AZS的機理，為PC活化及其環境應用提供了新的見解。綜上所述，FeCF是一種高效的多相催化劑，可以活化PC以降解水溶液中的有毒物質。

圖1.由碳化Fe（acac）3-PAN電紡纖維得到的FeCF的制備示意圖。

圖2.（a）Fe（acac）3-PAN的SEM圖像，（b）FeCF的SEM圖像，（c）尺寸分布。

圖3.（a）FeCF的XRD圖和（b）拉曼光譜。

圖4.FeCF的XPS分析：（a）C1s和（b）Fe2p核心能級譜（“Sat”=伴峰）。

圖5.FeCF的物理性質：（a）N2吸附等溫線和孔徑分布，以及（b）zeta電位（pHzpc=3.3）。

圖6.（a）僅PC、FeCF吸附、FeCF活化PC和Fe2O3-NP活化PC對AZS降解的比較（FeCF=Fe2O3=100mg/L；PC=2000mg/L；T=25℃）和（b）催化劑用量對AZS降解的影響（PC=2000mg/L，T=25℃）。

圖7.（a）PC劑量（FeCF=100mg/L，T=25℃）和（b）溫度對AZS降解的影響（FeCF=100mg/L；PC=2000mg/L）。

圖8.（a）pH對AZS降解的影響，以及（b）FeCF活化PC的可重復使用性（FeCF=100mg/L；PC=2000mg/L；T=25℃）。

圖9.（a）離子和清除劑對AZS降解的影響（FeCF=100mg/L或PC=2000mg/L，TBA=2000mg/L，NaCl=50mg/L，T=25℃）。（b）FeCF活化PC的ESR光譜（□：DMPO-OH）。

圖10.FeCF活化PC對AZS的可能降解途徑。