海藻酸鈉中空纖維馬達的設計、運動調控及染料降解應用

中圖分類號：TB333文獻標志碼：A

文章編號：1673-3851（2025）07-0469-11

引用格式：，．海藻酸鈉中空纖維馬達的設計、運動調控及染料降解應用[J].浙江理工大學學報（自然科學），2025，53（4）：469-479.

Abstract： Coaxial fibers were prepared by coaxial wet spinning of sodium alginate （SA） and SA/Fe₃O₄ loaded with Fe₃O₄ ，and SA@Pt and SA/Fe₃O₄@Pt hollow fiber motors were obtained by wet chemically depositing platinum （ Pt ） nanoparticles onto the inner wall of the hollow fibers. The morphology and structural composition of the hollow fiber motors were characterized using SEM， XRD，and FTIR. The motion behavior of the holow fiber motors was regulated，and their eficacy on pollutant degradation was evaluated. The results demonstrated that hollow fiber motors containing Pt nanoparticles could achieve autonomous motion in H₂O₂ ． The motion speed of could reach 2.1mm/s as the mass fraction of H₂O₂ was 2% ， showing good motion performance. Furthermore， the motion modes of the SA （20 hollow fiber motors could be modulated by adjusting the shape of the ports and the length of the hollow fibers，resulting in both linear and rotational movement patterns. When guided by an external magnetic field，the SA/Fe₃O₄@Pt motor could move along a predetermined path， including forming complex trajectories such as 'ZSTU^′ ， showcasing its versatile movement and high precision control. Finally，the SA/Fe₃O₄@Pt achieved a 93.4% and 87.9% degradation rate of malachite green and Rhodamine B within 120mins ，with consistent performance over three cycles. This study provides new insights into the design and application of sodium alginate-based hollow fiber motors for eficient polutant degradation.

Key words： sodium alginate；holow fiber motors； coaxial spining; magnetic drive； bubble drivecontaminant degradation

0 引言

微納米馬達（Micro/nanomotors，MNM）是一種可以將化學能（化學燃料）或外部刺激（光、電、磁和超聲波等）轉化為機械能的微小裝置[1。通過化學燃料驅動的MNM具有運動自主性，在生物醫學[2-4]、貨物運輸[3-5]和環境修復[6]等方面具有潛在的應用前景。在推進機制方面，自推進的MNM可以通過多種方式產生動力，如氣泡驅動[7-8]、Marangoni效應[9]、自擴散[10-11]等，其中氣泡驅動是最常見的一種方法[12]。在氣泡驅動中，管狀MNM因其特殊的結構，通常具有更快的運動速度（高達每秒數百微米）[13]，可以在很大程度上提高其與污染物的接觸概率和傳質效率，因此更適用于環境修復，如污染物降解[13]、重金屬離子去除[14]和微塑料清除[15]

管狀MNM具有獨特的中空結構，有利于氣泡的成核、生長和噴出，還具有較大的比表面積，因而提高了其在環境處理中的化學降解和物理吸附效果。目前，制備中空纖維的主要方法有靜電紡絲[14]、化學交聯法[16]和同軸濕法紡絲[17-19]。Zhang等[14]采用靜電紡絲制備了外徑為 860nm 的二氧化錳 MnO₂ ）中空MNM，該MNM在高濃度的 H₂O₂ （204號中可以實現 203μm/s 的運動速度，能有效去除重金屬離子。同軸濕法紡絲是將兩種不同的紡絲溶液通過同軸針頭注射到凝固浴中固化成絲，然后通過滾筒收集以及后處理得到同軸纖維，這種同軸纖維通常是核殼結構，并表現出獨特的性能[20]。相對于靜電紡絲，同軸濕法紡絲制備的材料具有更高的力學性能，并且同軸濕法紡絲的操作簡單、對材料的要求不高，適合大規模制備。很多研究者使用同軸濕法紡絲來制備同軸纖維[21]。例如，Li等[17]利用同軸濕法紡絲制備了外徑為 716nm 的聚丙烯腈中空纖維MNM，該MNM在馬朗格尼（Marangoni）效應的作用下，其最大角速度達到 22rad/s 。Li等[18]采用同軸濕法紡絲直接制備中空的聚氨酯纖維用于吸收太陽光和儲熱。Dong等[19采用同軸紡絲制備了海藻酸鈉 MXene纖維，用于制作溫度、濕度傳感。

Ning等[22]使用同軸濕法紡絲制備了以液態金屬為核層、聚氨酯為殼層的摩擦電纖維，該方法制備的摩擦電纖維具有較強的力學性能，可以將其編織為長1.6m 寬 0.5m 的摩擦電紡織品。因此，同軸濕法紡絲不限制紡絲材料，并且更利于制備高分子聚合物中空纖維。

海藻酸鈉（Sodiumalginate，SA）是一種天然的陰離子多糖聚合物，由 β -D-甘露糖醛酸（M單元）和α -L-古羅糖醛酸（G單元）通過1，4-糖苷鍵交替連接而成[23-24]。海藻酸鈉來源廣泛、價格低廉、無毒無害生物性好，獨特的物理和化學性質使其在環境治理方面有潛在的優勢。海藻酸鈉與二價金屬離子（如 Ca²⁺，Cu²⁺ ）交聯形成水凝膠，交聯方式簡單，并且具有一定的力學性能[25-26]。近年來，眾多研究者致力于以海藻酸鈉為基體用于環境治理的研究。例如，Wang等[27]以海藻酸鈉為基體，制備了負載氧化鈣 （CaO₂ ）的埃洛石納米管（HNTs）/鑭（La）交聯的海藻酸鈉水凝膠球（ La-CaO₂ ② HNTs/SA），該La-CaO₂@HNTs/SA 可以去除水體中的磷酸鹽和有機磷，有效緩解水體的富營養化； Xu 等28通過β -環糊精、聚乙烯醇和海藻酸鈉交聯，制備了具有多孔的水凝膠，用于回收酸性廢水中的稀土元素；Qin等[29]以海藻酸鈉為基體，制備了負載光催化劑二硫化鉬（ MoS₂ ）的聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAAm）/海藻酸銅（Copperalginate，CA）復合雙網絡水凝膠 ，該 Cu@MoS₂/ PAAm/CA用于高效降解四環素。然而，目前大部分研究都關注材料本身，而以海藻酸鈉為基體構建中空纖維馬達的研究鮮有報道。

在樣品基體表面上沉積其他催化劑有多種方式，常用的沉積方式有電化學沉積[30-31]、光催化沉積[32-33]、濕化學法沉積[34-36]。以沉積鉑 （Pt） 為例，電化學沉積是通過電化學還原氯鉑酸溶液，將還原的Pt納米顆粒沉積在樣品基體上，這種沉積需要導電的樣品基體，極大地限制其應用范圍[30]。而光催化沉積則是通過光催化還原成 Pt 納米顆粒，使其沉積在樣品基體上，但是這種方式需要持續的光照，并且沉積速率較慢[33]。濕化學法沉積是通過添加還原劑，采用化學法將氯鉑酸溶液還原出 Pt 納米顆粒，使其沉積在樣品基體上。這種沉積方式不限制樣品基體并且沉積速度快，沉積效果好[34]。Ying等[35]通過濕化學法沉積將 Pt 納米顆粒沉積在沸石咪唑框架-8（ZIF-8）上，通過 Pt 催化 H₂O₂ 分解產生氧氣氣泡驅動ZIF-8運動，可以高效去除放射性污染物的鈾污染物。因此，使用濕化學沉積可以提高 Pt 納米顆粒的沉積效率，并且可以實現在中空纖維內壁有效的沉積 Pt 納米顆粒。

本文將海藻酸鈉和負載有 Fe₃O₄ 的 SA/Fe₃O₄ 通過同軸濕法紡絲制備同軸纖維，并使用濕化學法在纖維內壁沉積 Pt 納米顆粒，制備 SA@Pt 和SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達。對 和 SA/Fe₃O₄@Pt 進行微結構測試和分析；同時測試了SA@Pt 中空纖維馬達的氣泡驅動性能和 Pt 對污染物的降解性能；驗證了 H₂O₂ 的質量分數對 的運動影響，以及不同端口形狀和不同尺寸會影響 SA@Pt 的運動方式。本文所制備的SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達在水環境治理領域有著良好的發展前景，為水環境治理提供了新的思路。

1 實驗部分

1. 1 主要試劑與儀器

實驗試劑：海藻酸鈉（SA，AR）、納米四氧化三鐵 （Fe₃O₄，99.5%） 、羅丹明 B（C₂₈H₃₁ClN₂O₃ ，AR）和孔雀綠氯化物 （C₂₃H₂₅ClN₂ ）購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氯化鈣二水合物 （CaCl₂?2H₂O AR）和聚苯乙烯（PS，GPPS）購自上海麥克林生化科技有限公司；無水乙醇 （C₂H₆O，AR） 購自國藥集團化學試劑有限公司；N，N-二甲基甲酰胺（DMF，99.8% 購自杭州高晶精細化工有限公司；氯鉑酸（H₂PtCl₆?6H₂O，AR） 購自南京化學試劑股份有限公司；過氧化氫 （H₂O₂ ， 30% 和硼氫化鈉（ ΔNaBH₄ ，AR）購自上海凌峰化學試劑有限公司。所有化學品均從商業供應商處采購，無需進一步純化。所有實驗均使用去離子水（Millipore， 18.2MΩ?cm）

實驗儀器：JA3003型電子天平（上海舜宇恒平儀器有限公司） .I.SP02-1B 型注射泵（保定蘭格恒流泵有限公司）、一次性使用無菌注射器（江蘇治宇醫療器材有限公司）、LGJ-10O型真空冷凍干燥機（北京松源華興科技發展有限公司）UV-1800型紫外可見分光光度計（島津儀器（蘇州）有限公司）、魅族 20Pro 智能手機（珠海星紀魅族信息技術有限公司），VLTRA-55型場發射掃描電子顯微鏡（德國蔡司公司）、BrukerD8型X射線衍射儀（德國布魯克公司）、NicoletiS50型傅里葉變換紅外（美國賽默飛公司）和A300-10/12型電子順磁共振波譜（德國布魯克公司）。

1. 2 實驗方法

1. 2.1 前驅體 SA/Fe₃O₄@PS S和SA@PS同軸纖 維的制備

采用同軸濕法紡絲制備前驅體 SA/Fe₃O₄@PS 和 SA（ωPS 同軸纖維。前驅體 SA/Fe₃O₄@PS 同軸纖維的制備過程如下：將 SA（2.0g） 溶解在去離子水 （100mL） 中，加入 Fe₃O₄（0.5g） ，通過超聲分散形成均勻的紡絲溶液（殼液）；將 PS（10.0g） 溶解于 DMF（100mL） 中，形成均勻的溶液（核液）；將CaCl₂?2H₂O（3.0g） 溶于去離子水（ （100mL） 中形成均勻的氯化鈣溶液。在 100mL 燒杯中加人20mL 氯化鈣溶液和 80mL 無水乙醇，通過超聲分散形成均勻溶液（凝固液）。將裝有殼液與核液的一次性注射器分別固定在兩臺注射泵上，注射器一端連接在同軸紡絲針頭，在濕法紡絲過程中，裝載殼液與核液的注射泵分別以 0.6mL/min 和 0.4mL/min 的推進速度注射到凝固液中。凝固 10min 后，將纖維轉移到上述氯化鈣溶液中繼續凝固 30min ，用去離子水洗滌，制備得到前驅體 SA/Fe₃O₄@PS 同軸纖維。前驅體 同軸纖維的制備方法與SA/Fe₃O₄@PS 相同，但殼液中不加入 Fe₃O₄ 。

1. 2. 2 SA/Fe₃O₄@Pt 和 SA@Pt 中空纖維馬達的 制備

采用濕化學法制備 SA/Fe₃O₄@Pt 和 中空纖維馬達。 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達制備過程如下：首先拔除前驅體 SA/Fe₃O₄@PS 同軸纖維的核芯（Polystyrene，PS）得到 SA/Fe₃O₄ 中空纖維;然后采用濕化學法在 SA/Fe₃O₄ 中空纖維內壁沉積 Pt 納米顆粒，得到 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達。具體操作為：將 0.1mL 氯鉑酸 （0.05g/mL） 以0.6mL/min 的推進速度注射到 SA/Fe₃O₄ 中空纖維的中空管內，以相同的推進速度將 0.3mL 硼氫化鈉 （0.1mol/L） 注射到 SA/Fe₃O₄ 中空纖維管內；利用硼氫化鈉的還原性將氯鉑酸還原成 Pt 納米顆粒并沉積在 SA/Fe₃O₄ 中空纖維的內壁;在對比實驗中，將前驅體 SA@PS 同軸纖維在相同的條件下制備得 中空纖維馬達；將 SA/Fe₃O₄@Pt 和 SA@Pt 中空纖維通過真空冷凍干燥 24h 后用于后續表征。無特殊說明，后續實驗均使用尺寸為5mm 的中空纖維。

1. 3 測試與表征

使用場發射掃描電子顯微鏡表征合成纖維形貌，工作電壓 3kV ；采用X射線衍射儀分析材料的晶體結構，測試范圍為 5^°～90^° ，工作電壓為 40kV ，電流為 40mA ;采用傅里葉變換紅外分析樣品的化學鍵，測試范圍為 400～4000cm^-1 ；使用紫外可見分光光度計測試污染物的吸光度，表征樣品對污染物的降解情況；樣品的所有運動情況均使用智能手機拍攝。

在污染物降解測試中，將羅丹明B和孔雀綠作為模擬污染物，在 20mL 污染物中（ 20mg/L） 加入SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達 （20mg ）。先在黑暗環境中達到吸附平衡;然后再加入 H₂O₂ ，保證整個體系的 H₂O₂ 質量分數為 2% 。每隔 10min 取一次污染物溶液測吸光度，用于評判污染物的降解情況。根據式（1）計算降解率[35]：

其中： D 為污染物的降解率， %;C₀ 為污染物的初始濃度， mg/L;C_?t 為 Ψ_t 時刻污染物質量濃度， mg/L 0準一級動力學方程[37]可用式（2）表示：

其中： Ψ_tΨ_Ψ 為降解時間，min; k 為反應速率常數，min-1

使用電子順磁共振波譜捕獲自由基的自旋信號，以解釋樣品的降解機理。將 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達分散在水中（ （1mg/mL ，然后加人50μL5，5- 二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO，100mmol/L） 和 H₂O₂ ，以捕獲羥基自由基 （?OH） 0的自旋信號，將 中空纖維馬達分散在甲醇中，加入DMPO和 H₂O₂ 以檢測超氧陰離子自由基 （?O₂^-） ）。

2 結果與討論

2.1 SA@Pt和 SA/Fe₃O₄@Pt 的形貌和結構分析

SA@Pt 和 SA/Fe₃O₄@Pt 的形貌特征和元素分布如圖1所示。從圖1可以看出： SA@Pt 中空纖維馬達表面光滑，中空纖維馬達的形態完好（見圖1（a））;添加了 Fe₃O₄ 后，表面有明顯的 Fe₃O₄ 顆粒（見圖1（b））;在中空纖維內壁沉積 Pt 后，纖維形貌保持不變。Mapping結果表明， Pt 主要分布在中空纖維的內壁（見圖1（c）—（d））， Fe₃O₄ 則均勻地分布在纖維表面（見圖1（d））。 Pt 納米顆粒沉積在中空纖維的內壁，一方面能提高中空纖維馬達的運動能力，即 Pt 可以催化 H₂O₂ 分解產生氧氣，氧氣從端口排出時產生推力將推動纖維向前運動；另一方面能減少表面產生氣泡對中空纖維馬達運動的影響，即纖維外表面沒有 Pt ，則不會在外表面產生氣泡。 SA/Fe₃O₄ ② Pt中空纖維馬達由于含有Fe₃O₄ ，可以實現磁控運動，使其運動具有多樣性。綜上可知，本文已成功制備出含有 Pt 和 Fe₃O₄ 的中空纖維馬達。

通過XRD 和FTIR 圖對 SA@Pt 和 SA/Fe₃O₄ 的結構進一步表征，結果如圖2所示。從圖2（a）可知：海藻酸鈉與 Ca²⁺ 交聯構成“蛋盒\"結構沒有明顯的結晶性[38]，加入 Fe₃O₄ 后，其衍射峰與Fe₃O₄ （JCPDSNo.89-4319）的特征峰完全對應，表明 Fe₃O₄ 成功添加進入海藻酸鈉中。圖2（b）顯示：3445cm^-1 處的寬峰歸因于O一H伸縮振動，表明了海藻酸鈉中存在大量的O—H; 1625cm^-1 左右的信號峰與 COO^- 基團的不對稱伸縮振動有關，1430cm^-1 處的峰屬于C—H伸縮振動， 1024cm^-1 處的峰來自C—O—C基團對稱拉伸振動[39]。上述結果表明， Fe₃O₄ 的添加不改變中空纖維馬達的結構，海藻酸鈉是該中空纖維馬達的主要聚合物材料。

2.2 SA@Pt 的氣泡驅動性能

圖3（a）為中空纖維馬達的運動示意圖，圖中空纖維馬達主要通過 Pt 催化分解 H₂O₂ 產生氣泡實現運動。 Pt 催化分解 H₂O₂ 可用式（3）[35]表示：

SA（?Pt 的中空結構有利于 O₂ 的成核和生長，從而促進氣泡形成；當這些氣泡從中空管的一個端口噴出，產生的反沖力就能推動 運動。圖3（b）展示了 在質量分數為 2% 的 H₂O₂ 中產生 O₂ 氣泡推動中空纖維馬達的連續運動過程。通過多個樣品速度統計，分析不同 H₂O₂ 質量分數對 的運動影響。隨著 H₂O₂ 質量分數從0.5% 增加到 2% . SA@Pt 的平均運動速度從0.4mm/s 增加到 2.1mm/s 。 H₂O₂ 質量分數的增加可以增多從端口噴出的 O₂ 氣泡數量，從而加快 SA（?Pt 的運動速度。隨著 H₂O₂ 質量分數的進一步增加，SA（?Pt 的運動速度反而降低至 0.45mm/s （見圖3（c））。這是因為在高質量分數的 H₂O₂ 中，從端口噴出的 O₂ 以小氣泡的形式釋放，而這些小氣泡并不能產生足夠的反沖力推動 SA（?Pt 運動[40-41]

大多數的 都表現出特定的直線運動，只有少部分 SA（?Pt 表現出非線性的運動行為，這可能是由于 SA@Pt 中空纖維馬達的端口形態引起的。因此，本文調節 中空纖維馬達的端口形狀，分析不同的端口形狀對其運動的影響。圖4為不同端口形態的在質量分數為 2% 的H₂O₂ 中的運動行為，其中左下角的插圖是其對應的氣泡推動示意圖。當" 端口形態為平口時，該 SA@Pt 中空纖維馬達以小曲率做類直線運動。因為氣泡從端口噴出時，氣泡脫附過程對的反沖力是均勻的，從而推動 SA@Pt 以直線方式向前運動（見圖4（a））。當 SA@Pt 的端口為斜口時，從端口噴出的氣泡對 SA（?Pt 的反沖力不均勻，氣泡從斜口處噴出會產生一個側向力， 在側向力的作用下做曲率較大的旋轉運動（見圖4（b））。圖4（c顯示，在 的端口為內凹情況下，理論上這種內凹口更有利氣泡的產生-聚集-長大，從而推動 SA@Pt 直線前進運動；但端口兩側的內凹壁上更容易產生細小的氣泡，且這些細小的氣泡不會長大。因此該端口形狀下的 SA@Pt 中空纖維馬達，在氣泡脫附過程中產生的推力很小，不足以推動其運動[42]

不同尺寸 SA@Pt 的運動情況如圖5所示。相比圖4（a）中 5mm 的 SA@Pt ，圖5（a）中 2mm 的SA@Pt 中空纖維馬達質量更輕，但是從端口噴出的都是小氣泡，這些小氣泡產生的反沖力不均勻且推力小，不能推動 SA@Pt 直線前進。圖5（b）中10mm的 SA@Pt 運動效果較好，可以均勻地產生大氣泡，推動 SA@Pt 直線運動。圖5（c）中 15mm 的 ，質量較大，產生的氣泡反沖力不足，只能自旋轉運動[43]

圖6為不同端口形狀和不同尺寸的 SA@Pt 在質量分數為 2% 的 H₂O₂ 中的平均運動速度。當SA@Pt 的尺寸為 5mm 且端口為平口時， 在質量分數為 2% 的 H₂O₂ 中的運動效果最好且運動速度最快。

2.3 SA/Fe₃O₄@Pt 的磁控運動行為

圖7為 SA/Fe₃O₄@Pt 在質量分數為 2% 的H₂O₂ 中的磁控運動圖。從圖7可以看出：SA/Fe₃O₄@Pt 在質量分數為 2% 的 H₂O₂ 中的運動效果與 SA@Pt 一致。負載有 Fe₃O₄ 的 SA/Fe₃O₄@ Pt 中空纖維馬達可以在磁場的作用下有更豐富的運動行為， SA/Fe₃O₄@Pt 在磁場和氣泡的共同作用下，輕松地展示出可變的運動行為；" Pt 中空纖維馬達具有很高的磁化強度，足夠支持SA/Fe₃O₄@Pt 在磁場下的多方向運動； SA/Fe₃O₄ 在磁場的作用下呈現出“ZSTU\"預設路徑的運動行為[44]

2.4 SA/Fe₃O₄@Pt 的污染物降解性能

水環境中存在許多的污染物，對水生生物和人類安全構成巨大威脅。本文采用 SA/Fe₃O₄@Pt 作為催化劑，以孔雀綠和羅丹明B為模擬污染物，來評估 SA/Fe₃O₄@Pt 的催化性能。按照中空纖維馬達的運動范圍，可以將圖4、圖5中不同端口和不同尺寸的 SA@Pt 的6種運動方式分為兩類，其中：圖4（a）、圖5（b）一（c的運動范圍較大（視為馬達直線運動），有利于增強污染物的傳質作用；圖4（b）—（c）、圖5（a）的運動范圍較小（視為馬達旋轉運動）。SA/Fe₃O₄@Pt 的運動方式與 SA@Pt 一致，因此在污染物降解應用中，圖4（a）和圖4（b）分別表示馬達運動范圍較大的直線運動和運動范圍較小的旋轉運動。

不同運動方式的 SA/Fe₃O₄@Pt 對孔雀綠和羅丹明B的降解率隨時間變化如圖8（a）所示，從圖中可以看出： SA/Fe₃O₄@Pt 在質量分數為 2% 的H₂O₂ 中做直線運動時， SA/Fe₃O₄@Pt 在 120min 內對孔雀綠的降解率達到 93.4% ；做旋轉運動時，其降解率為 89.7% 。可見，運動范圍較大的直線運動降解效果略好于馬達旋轉運動，相對于馬達旋轉運動可以提高污染物的傳質作用[45]。

圖8（b）顯示了馬達運動對污染物降解性能的影響， SA/Fe₃O₄@Pt 在無 H₂O₂ 的孔雀綠溶液中，120min 內的降解率僅為 19.1% ?？梢?，只含有SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達（無 H₂O₂ ）的降解效果較差。其原因是：首先，溶液中沒有 H₂O₂ ，不能發生芬頓效應而產生自由基用于污染物降解；其次，SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達水凝膠具有良好的吸附能力[46]，當溶液中不含 H₂O₂ 時，處于靜止狀態的 SA/Fe₃O₄@I Pt不能提高污染物的傳質作用，因而很大程度上影響了 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達的降解效率。將僅負載有 Fe₃O₄ 的中空纖維馬達0 ΔSA/Fe₃O₄ ）用于降解孔雀綠， SA/Fe₃O₄ 在120min 內的降解率達到 38.6% 。這得益于 Fe₃O₄ 與H₂O₂ 發生芬頓效應產生大量自由基，說明了染料降解主要依靠芬頓效應產生的自由基。由于SA/Fe₃O₄ 不能產生氣泡而發生運動，因此沒有達到良好的污染物降解效果[47]。綜上所述，良好的污染物降解效果是自由基和馬達運動共同決定的。

為了更好地觀察降解行為，基于準一級動力學模型計算表觀反應速率常數 （k） ，做直線運動的SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達對孔雀綠和羅丹明B的反應速率常數分別為 0.023min^-1 和0.018min^-1 （圖8（c））。最后，利用磁鐵實現了 SA/Fe₃O₄ 中空纖維馬達的高效回收。

進一步測試 SA/Fe₃O₄@Pt 的循環性能。連續3次循環降解實驗如圖8（d）所示，從圖中可以看出，SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達經過3次循環降解后，對孔雀綠的降解效率幾乎沒有變化，表明SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達具有良好的循環穩定性。

圖8（e）—（f）分別是孔雀綠和羅丹明B的標準曲線。從圖中可以看出，測定已知質量濃度的孔雀綠和羅丹明B的吸光度。并經過線性擬合后，孔雀綠和羅丹明B的 R² 分別達到0.998和0.997，說明了孔雀綠和羅丹明B的質量濃度與吸光度強度有良好的線性關系。

2.5 SA/Fe₃O₄@Pt 的降解機理分析

為了評估污染物的降解機制，進行了電子順磁共振測試，結果如圖9所示。圖9（a）顯示： 1：2：2：1 四線峰證實了 SA/Fe₃O₄@Pt 體系中含有·OH，圖9（b）則表明體系中含有·O₂^- 。因此 SA/Fe₃O₄ 體系中共同存在的·OH 和·O₂^- 兩種活性自由基能，實現了孔雀綠和羅丹明B 的降解[48-49]。圖9（c）說明 SA/Fe₃O₄@Pt 在降解后，其結構沒有發生改變。因此，本文提出了 SA/Fe₃O₄@Pt 降解污染物的機理，即在 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維管內壁沉積的 Pt 可以催化 H₂O₂ 分解產生大量的 O₂ 氣泡，從而使 SA/Fe₃O₄@Pt 運動并加強了溶液的傳質作用； Fe₃O₄ 作為芬頓催化劑，可以催化 H₂O₂ 產生·OH和·O₂^- ，從而實現污染物降解。產生·OH和： O₂^- 的反應可用式（4）和式（5）[50]表示：

Fe³⁺+H₂O₂Fe²⁺+?O₂^-+2H⁺

基于 SA/Fe₃O₄@Pt 的運動行為和芬頓效應協同作用，促進污染物傳質和產生更多的自由基，有效將污染物降解為 H₂O 和 CO₂ 。

3結論

本文將海藻酸鈉和負載有 Fe₃O₄ 的 SA/Fe₃O₄ 通過同軸濕法紡絲制備得同軸纖維，并使用濕化學法在纖維內壁沉積 Pt 納米顆粒，制備得SA@Pt 和 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達。分析SA@Pt 的氣泡驅動、 SA/Fe₃O₄@Pt 的磁控驅動以及 SA/Fe₃O₄@Pt 的污染物降解性能，得到主要結論如下：

a） 中空纖維馬達的運動速度取決于H₂O₂ 的質量分數。當 H₂O₂ 的質量分數從 0.5% 增加到 2% 時， SA（?Pt 的運動速度也從 0.4mm/s 增加到 2.1mm/s 。這是因為 H₂O₂ 的濃度越高，SA@Pt 催化 H₂O₂ 分解產生的氣泡越快，從而提高SA@Pt 的運動速度。 的運動性能優于一系列已報道的中空纖維馬達。

b）通過改變 中空纖維馬達的端口形狀和中空纖維的尺寸， SA（?Pt 表現出豐富的可控運動方式（如直線運動、旋轉運動）。這是因為氣泡從不同的端口形狀排出時產生的反推力不同，從而導致 SA（?Pt 的運動方式不同；不同尺寸的 SA@Pt 有不同的質量，當 的質量較大時，產生的反推力不足以驅動做直線運動。

c）負載有 Fe₃O₄ 的 SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達可以在外界磁場作用下表現出精準的運動可控性。在模擬污染物降解實驗中， SA/Fe₃O₄@Pt 中空纖維馬達展現出優異的污染物降解性能。SA/Fe₃O₄@Pt 在 120min 內對孔雀綠和羅丹明B的降解率分別達到 93.4% 和 87.9% ；并且經過3次循環降解后， SA/Fe₃O₄@Pt 對孔雀綠的降解率仍然超過 92.9% ，表現出 SA/Fe₃O₄@Pt 有良好的循環性能。

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（責任編輯：張會?。?/p>