黄原酸盐是矿物选矿过程中的主要试剂之一,用于通过去除杂质来分离有价值的矿石[1]、[2]。如果黄原酸盐残渣被排放到废水中,会对生态系统[3]和人类健康[4]造成危害。它会对人类和动物的神经系统和肝脏功能产生负面影响[2]。由于环境中重金属的相互作用产生的复杂污染物,黄原酸盐的毒性会进一步加剧,导致生物体内的酶活性受到抑制并引发基因突变[5]。除了直接的毒性作用外,黄原酸盐的衍生物也构成重大风险。其中,二硫化碳(CS₂)具有极高的毒性,即使在低浓度下也会导致水质恶化[6],并影响鱼类及其他水生生物的生长和繁殖[7]。此外,黄原酸盐在土壤中存在时,还可能分别抑制70%的酶活性和45%的微生物活性[4]。黄原酸盐的总体负面影响如图1所示。
据估计,到2025年,全球黄原酸盐的年使用量将超过37万吨[8]。作为采矿活动产生的主要污染物,黄原酸盐残渣的处理是一个重要问题。在现有的技术中,光催化因其可持续性、无二次污染性和无毒特性而成为最有效的降解方法[9]。在光催化过程中,光催化剂材料在高效降解目标污染物方面起着关键作用。在各种半导体材料中,TiO₂光催化剂因其无毒、经济且稳定性好而受到广泛研究。然而,由于带隙较大、可见光谱吸收能力有限以及纳米颗粒容易团聚等缺点,裸露的TiO₂催化剂的应用受到限制[10]。因此,需要对基于TiO₂的半导体光催化剂进行改性,以克服这些限制,从而实现高效降解。
研究人员尝试通过掺杂改性或构建异质结来扩展对可见光谱的吸收范围,并减少电子/空穴对的复合[11]。虽然这种改性在一定程度上提高了降解效率,但纳米颗粒的团聚及其非多孔性质导致光催化降解性能下降[12]。为解决这一问题,研究人员将这些半导体光催化剂固定在载体上,以实现吸附和光催化的协同作用,增强对目标污染物的吸附效果并抑制电子/空穴对的快速复合[13]。各种材料如粘土矿物[14]、石墨烯[15]、活性炭[10]和粉煤灰[16]被用作黄原酸盐降解的载体。这种固定方法在一定程度上降低了催化剂回收的难度,但纳米光催化剂的回收和可重复使用性仍然较为复杂[17]。
然而,废弃吸附剂/光催化剂的分离和回收仍然是一个重大挑战,因为这一过程耗时繁琐,若不及时处理会造成二次污染,若未能回收则会导致材料损失[18]。将磁性材料掺入吸附剂/光催化剂中后,可以利用外加磁场使其更容易、更快速地从悬浮液中分离出来。因此,磁性吸附光催化剂(M-APh)被视为一种高效的光催化降解材料,能够实现最大程度的污染物去除和回收,同时具备良好的可重复使用性。
关于M-APh在黄原酸盐去除中的应用,已有少量文献报道[17]、[18]、[19]、[20]。然而,仍需要系统地回顾相关文献,以指导未来研究人员开发新的M-APh配方,实现黄原酸盐的高效降解和纳米光催化剂的可回收性。本文旨在批判性地回顾M-APh在黄原酸盐光催化降解中的应用进展,帮助全面了解磁性材料的类型、合成方法、光催化降解过程中的行为及其可回收性,同时指出应用过程中可能面临的挑战,并为未来的研究指明方向。