[发明专利]一种采用铁锰氧化物催化剂光芬顿降解微塑料的技术

说明书

本发明涉及一种采用铁锰氧化物催化剂，通过光芬顿氧化方式降解聚苯乙烯微塑料的方法，将聚苯乙烯微塑料和催化剂、过氧化氢按照一定比例配置后，采用氙灯光源辐射反应，然后通过超声、抽滤、酸解的方式得到剩余反应底物。本发明通过利用光芬顿氧化技术，产生具有强氧化性的羟基自由基，从而达到降解的目的。该方法具有工艺简单、成本低廉、节约耗能的优点。

技术领域

本发明涉及一种采用铁锰氧化物催化剂，通过光芬顿氧化方式降解聚苯乙烯微塑料的方法。

背景技术

微塑料(Microplastics，MPs)因为其尺寸微小的特性使得其在环境中更易分散并且难以收集，并且微塑料比表面积大、疏水性强、迁移性强，能够吸附承载多种疏水性有机污染物、重金属、病原体，使得微塑料对生物的健康和生态的平衡造成了危害，尤其当微塑料随着食物链的富集时，会将有害的污染物等传递到人类，对人类产生威胁；微塑料本身也会影响动植物的生长发育，降低动物生长速度、繁殖能力，对植物的种子萌发、根系生长、光合作用造成不利。因此，寻找合适的方法降解微塑料是解决该类问题的有效手段之一。

芬顿氧化技术的原理是在酸性条件下，Fe2+与H2O2反应生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，可以将难降解的有机污染物氧化分解。芬顿氧化技术具有反应设备简单，成本低，操作较为安全，反应迅速的优点。在芬顿氧化技术基础之上发展出来的光芬顿氧化技术，将紫外光或者自然光与芬顿氧化技术结合，提高了芬顿的催化活性。光芬顿氧化技术的反应机理是利用光激发芬顿试剂的化学反应，生成更多的羟基自由基。

聚苯乙烯(Polystyrene，PS)微塑料(0.1μm～5mm)更易对环境和人类健康造成更大的危害而受到了国内外学者的广泛关注。Zhu K，Jia H，Zhao S，et al.(Formation ofenvironmentally ersistent free radicals on microplastics under lightirradiation[J].Environmental ScienceTechnology，2019，53：8177-8186.)通过氙灯对PS及酚醛树脂(PF)进行光照老化后，以XPS表征微塑料表面化学成分的变化，发现老化后产生了更多的含氧官能团，此结果表明了光氧化过程可以诱导产生更多过氧化物；同样地，Liu P，Qian L，Wang H，et al.(New insights into the aging behavior ofmicroplastics accelerated by advanced oxidation processes[J].EnvironmentalScienceTechnology，2019，53：3579-3588.)利用芬顿试剂对PS和PE老化处理，产生的自由基引起微塑料表面发生迅速氧化，造成表面的氧含量增加.故利用XPS能够检测到老化微塑料表面元素含量，特别是氧含量的增加，为进一步验证塑料表面所发生化学反应提供依据。

本发明通过使用四氧化三铁(Fe3O4)、三氧化二锰(Mn2O3)、氧化铁(Fe2O3)、羟基氧化铁(FeOOH)作为光芬顿氧化技术的催化剂，通过自然光辐射反应，产生了羟基自由基，对聚苯乙烯微塑料进行了降解。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过光芬顿氧化方式降解聚苯乙烯微塑料的方法。通过利用光芬顿氧化体系，在提供光照、配置催化剂(Fe3O4、Mn2O3、Fe2O3、FeOOH)、添加H2O2的条件下，加速促进OH·的生成，从而达到氧化降解聚苯乙烯微塑料的目的。

本发明提供的一种通过光芬顿氧化方式降解聚苯乙烯微塑料的方法包括以下步骤：

1)将聚苯乙烯微塑料、催化剂(Fe3O4、Mn2O3、Fe2O3或FeOOH)和去离子水加入到试管中，超声10-15min，使聚苯乙烯微塑料与催化剂混合均匀；

2)在步骤1)的试管中，按照去离子水∶H2O2＝1mL∶0.015mL的比例加入H2O2溶液；