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金属有机骨架衍生的CoFe/CoFe₂O₄@碳纳米管活化PMS降解水中磺胺

文章出处:人气: 发表时间:2023-03-10 08:59

  磺胺类抗生素是水环境中常见的新型污染物。基于过一硫酸盐(PMS)的类芬顿技术是去除这类污染物的有效手段。开发高效、稳定、可回收的催化剂是关键。金属有机骨架(MOFs)是制备多功能金属/碳复合催化剂的理想前驱体。本研究以双金属CoFe-MOF为前驱体,在氮气气氛下进行精确温度控制的热解。在此过程中,MOF骨架上的有机配体碳化为氮掺杂的碳纳米管(NCNT),同时Co和Fe离子被原位还原或转化为CoFe合金纳米颗粒和CoFe₂O₄尖晶石氧化物纳米颗粒。最终得到的CoFe/CoFe₂O₄@NCNT复合材料,具有独特的微观结构:导电性良好的CoFe合金和催化活性高的CoFe₂O₄纳米颗粒均匀地嵌入在交织的NCNT网络中。CoFe合金(类金属)与CoFe₂O₄(半导体)之间形成肖特基结,促进了电子从CoFe₂O₄向CoFe合金的转移。NCNT不仅作为导电骨架加速电子传递,其自身的氮掺杂位点也能协同活化PMS,并通过π-π作用吸附磺胺分子。

  

  在活化PMS降解磺胺甲噁唑(SMX)的实验中,该催化剂在15分钟内即可将20mg/L的SMX完全去除,其催化活性远高于单一金属组分的衍生物。EPR和自由基淬灭实验表明,该体系中SO₄·⁻、·OH和¹O₂共同参与了SMX的降解。由于合金的抗氧化性和氧化物的稳定性,该催化剂在5次循环使用中活性保持良好,Co和Fe离子的溶出浓度极低。该研究通过调控MOF热解路径,成功制备了合金/氧化物协同催化、且兼具导电网络和吸附功能的高性能PMS催化剂。

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