DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.132459

纳米零价铁（Fe0，nZVI）已广泛应用于染色废水的处理。然而，为了效率和环境安全，需要提高nZVI的分散性、稳定性和可重复使用性。本研究通过静电纺丝法成功制备了一种nZVI改性纳米纤维复合膜，并对其在不同催化体系中的性能进行了评估。采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对合成复合垫进行了表征。通过有/无负载时纤维直径的变化和铁元素分布来验证负载的nZVI。该复合膜具有良好的可回收性和nZVI分散性，平均直径为114.46nm。选择了三种类芬顿氧化体系（H2O2、Na2S2O8和NaClO2）并使用所制备的复合材料作为催化剂降解水中的罗丹明B（RhB）。氧化体系的降解关系为NaClO2>Na2S2O8>H2O2，速率常数（Kobs）分别为0.3155、0.0547和0.014。15min内1.5mM NaClO2可完全降解50mg/L RhB，与其他两种体系相比是最好的。通过电子顺磁共振（EPR）和猝灭研究确定了三种氧化体系中的主要自由基物质（·OH、SO4·-和ClO2·）。五次循环后降解能力保持良好，复合材料中浸出的nZVI可以忽略不计（<0.55%）。对于降解过程，暗吸附（Kads=1.5489×10-3）的贡献远小于自然光衍生的光催化（Kphoto=1.5489×10-3），吸附量为4.32mg/g，在H2O2、Na2S2O8和NaClO2体系中氧化降解量分别为9.46mg/g、10.90mg/g和12.32mg/g。结果表明，合成的复合膜具有良好的催化性能，较好的可回收性和稳定性，并且NaClO2是降解水中RhB的最有效体系。

图1.（a）PAN的SEM图像，（a'）PAN纳米纤维垫的直径分布，（b-c）PAN/Fe0的SEM图像，（b'）PAN/Fe0纳米纤维垫的直径分布，（d）PAN/Fe0的XRD图。

图2.在（a）H2O2、（b）Na2S2O8和（c）NaClO2体系中pH对RhB去除的影响。反应条件：[H2O2]=1.0mM，[Na2S2O8]=1.0mM，[NaClO2]=1.0mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，室温。

图3.在（a）H2O2、（b）Na2S2O8和（c）NaClO2体系中催化剂用量对RhB去除的影响。反应条件：[H2O2]=1.0mM，[Na2S2O8]=1.0mM，[NaClO2]=1.0mM，[RhB]=50mg/L，室温。

图4.在（a）H2O2、（b）Na2S2O8和（c）NaClO2中RhB初始浓度对RhB去除的影响。反应条件：[H2O2]=1.0mM，[Na2S2O8]=1.0mM，[NaClO2]=1.0mM，[PAN/Fe0]=4.0g/L，室温。

图5.在H2O2、Na2S2O8和NaClO2中自由基当量对RhB去除的影响。反应条件：[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，室温。

图6.（a-b）H2O2中DMPO-OH和DMPO-OO-的ESR谱图；（c-d）Na2S2O8中DMPO-OH/DMPO-SO4-和DMPO-OO-的ESR谱图；（e）NaClO2中DMPO-OClO的ESR光谱。反应条件：[H2O2]=1.5mM，[Na2S2O8]=1.5mM，[NaClO2]=1.5mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，[DMPO]=50mM，pH=6，室温。

图7.（a）H2O2、（b）Na2S2O8和（c）NaClO2体系中TBA、BQ和IPA存在下RhB的剩余比例。反应条件：[H2O2]=1.5mM，[Na2S2O8]=1.5mM，[NaClO2]=1.5mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe]=4.0g/L，[IPA]=2.5mM，[TBA]=2.0mM，[BQ]=10mM，pH=6，室温。

图8.H2O2、Na2S2O8和NaClO2体系中RhB的去除机理研究。反应条件：[H2O2]=1.5mM，[Na2S2O8]=1.5mM，[NaClO2]=1.5mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，pH=6，室温。

图9.（a）H2O2、（b）Na2S2O8和（c）NaClO2体系中PAN/nZVI的控制试验。反应条件：[H2O2]=1.5mM，[Na2S2O8]=1.5mM，[NaClO2]=1.5mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，pH=6，室温。

图10.（a）H2O2、（b）Na2S2O8和（c）NaClO2中PAN/nZVI降解RhB的可重复使用性研究。反应条件：[H2O2]=1.5mM，[Na2S2O8]=1.5mM，[NaClO2]=1.5mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，pH=6，室温。

图11.H2O2、Na2S2O8和NaClO2中的铁离子泄漏。反应条件：[H2O2]=1.5mM，[Na2S2O8]=1.5mM，[NaClO2]=1.5mM，[RhB]=50mg/L，[PAN/Fe0]=4.0g/L，pH=6，室温。

图12.RhB降解机理。