[发明专利]一种用于四环素类抗生素芬顿降解的铁酸铋材料的球磨制备方法

说明书

本发明属于水污染处理技术领域，公开了一种用于四环素类抗生素芬顿降解的铁酸铋材料的球磨制备方法。通过简便绿色的机械球磨法制备铁酸铋材料并构建芬顿降解体系高效降解四环素类抗生素。本发明所使用的合成方法高效绿色，所制得的铁酸铋材料具有强反应活性和pH适应性。此外，本发明所制得的铁酸铋材料具有良好的稳定性，拓宽了球磨制备方法在芬顿催化剂制备领域的应用，在水污染处理和环境保护领域具有极好的前景。

技术领域

本发明属于水污染处理技术领域，涉及一种铁酸铋材料的球磨制备方法，并用于芬顿降解四环素类抗生素。

背景技术

随着城市化进程的加速，水污染问题加深了水资源短缺程度并给水环境保护工作带来了巨大压力，因此水污染处理日益受到城市规划发展和环境保护领域的关注与重视。抗生素残留能够引发水环境恶化，对生态和人类健康造成严重危害。其中，四环素类抗生素在人类医学和水产养殖业领域得到广泛应用而造成的在水产养殖业中的滥用和水环境污染问题日益受到人们的关注。但因其高水溶性和难生物降解性，导致四环素类抗生素会长期存在于水环境中，并且四环素类抗生素会以各种方式影响着生态环境，对人类健康造成严重的危害。此外，由于反应过程中可以产生高氧化活性的·OH自由基且具有操作过程简单、反应易得、运行成本低廉，芬顿技术已日益成为废水处理中不可替代的过程。该技术能够非选择性地去除各类有机污染物，成本低，操作简单。然而，芬顿技术的产业化还需要突破许多巨大的瓶颈，例如pH范围适应性和Fe²⁺离子沉淀生成铁泥。因此，开发了高效的非均相类芬顿催化剂以扩大最佳pH值范围并避免氢氧化铁污泥产生，例如硫化铁、多元过渡金属氧化物及其复合物。其中，阻碍非均相芬顿过程连续高效反应的核心问题是Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原循环效率和H₂O₂的分解效率较低。

作为典型的非均相类芬顿催化剂，铁酸铋可实现污染物的无害化处理。然而，由于H₂O₂对Fe³⁺/Fe²⁺的还原率低，它们的催化活性不能满足实际应用，Fe³⁺/Fe²⁺循环是芬顿反应中的限速步骤和关键反应。因此，科技工作者提出并研究了许多策略来加速H₂O₂分解和Fe³⁺/Fe²⁺循环。先前的研究表明，由于催化剂中电子结构、电荷传输和表面性质的影响，在基于某些金属氧化物的芬顿体系中，氧空位显示出巨大的应用潜力。经过实验验证和理论计算，催化剂表面氧空位具有大量局域电子，可以在芬顿反应中充当H₂O₂的吸收和解离位点，可以实现分子氧(ROS)活化。此外，氧空位被认为具有高的O-O解离性能活性，这归因于氧空位加速界面电子迁移率，并且有利于实现催化剂和H₂O₂之间的Fe³⁺/Fe²⁺高速循环。此外，吸附氧空位周围的小分子更容易分解，这可能归因于氧空位的存在可以降低活化能。

在金属氧化物表面构建氧空位的方法通常有多种，如水热处理、高能粒子轰击、离子掺杂、还原反应和贫氧热处理。然而，具有丰富氧空位的高性能芬顿催化剂的商业化过程和工业化应用受到工艺复杂、能耗高和生产成本高的限制。此外，球磨法作为一种常见的机械化学合成方法，可以通过对球磨磨料施加机械剪切力和压力，将晶格变形引入到合成材料中，球磨磨料高速摩擦过程中使得原始晶格中的氧原子溢出，氧空位就会出现在制备的金属氧化物中。

发明内容

针对现有分析技术需要使用大型仪器、使用方法复杂、合成困难和耗能高等局限，本发明提供了一种铁酸铋材料的球磨制备方法。本发明目的旨在整合繁琐的实验步骤，缩短材料制备周期以降低制备时间和能耗。

本发明的设计方案如下：

一种用于四环素类抗生素芬顿降解的铁酸铋材料的球磨制备方法，步骤如下：