ZIF-62(Co)玻璃催化活化过一硫酸盐降解水中微污染物  

Peroxymonosulfate activation over amorphous ZIF-62(Co)glass for micropollutant degradation

作　　者：李可欣 王茀学 张紫晨 刘正星 马宇辉[2] 王崇臣 王鹏 Ke-Xin Li;Fu-Xue Wang;Zi-Chen Zhang;Zheng-Xing Liu;Yu-Hui Ma;Chong-Chen Wang;Peng Wang(Beijing Key Laboratory of Functional Materials for Building Structure and Environment Remediation,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China;Key Laboratory for Biomedical Effects of Nanomaterials and Nanosafety,Institute of High Energy Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

机构地区：[1]北京建筑大学环境与能源工程学院,建筑结构与环境修复功能材料北京重点实验室,北京100044 [2]中国科学院高能物理研究所,纳米生物效应与安全性重点实验室,北京100049

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2024年第4期118-125,共8页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(22176012);国家自然科学基金(51878023);北京市自然科学基金(8202016);北京市教委研发计划(KM202310016007);北京市教委研发计划(KM202110016010);北京建筑大学培育项目基金(X23034)。

摘　　要：近年来,在水处理领域中,利用高级氧化技术去除水中有机污染物引起了研究者的广泛关注.双氧水、过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)等氧化剂可以被含Fe,Mn,Cu和Co等过渡金属的催化剂活化,并通过产生的活性氧物质、高价金属或直接电子转移等途径实现污染物高效降解.其中,Co被认为是活化过硫酸盐最有效的物种之一.粉体ZIF-67和ZIF-9等Co基金属有机框架(Co-MOFs)在水体污染物去除方面得到了广泛关注,但面临稳定性差及回收困难等问题.经熔融-淬火工艺所制备的无定形MOF玻璃颗粒克服了粉体材料难以回收再利用的缺点,同时保持了其中催化位点的高活性.本文利用MOF玻璃作为非均相催化剂实现高级氧化降解水体微污染物,研究了其催化活化性能及反应机理.本文采用熔融-淬火方式将ZIF-62(Co)晶体转化成ZIF-62(Co)玻璃(ag-ZIF-62(Co)),并研究了ag-ZIF-62(Co)活化PMS降解磺胺甲恶唑(SMX)等微污染物的性能.粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)等表征结果表明,熔融-淬火过程使结构有序的ZIF-62(Co)晶体变成无定形的玻璃态ag-ZIF-62(Co),但并未破坏其中的有机配体和Co-N键.ag-ZIF-62(Co)可以在较宽的溶液pH范围(3.0-9.0)内高效催化活化PMS降解SMX等污染物.由于ag-ZIF-62(Co)玻璃活化PMS产生的SO_(4^(•-))自由基有可能被溶液中碳酸氢根消耗,所以溶液中的碳酸氢根浓度越高,SMX的降解效率越差.水中的氯离子会诱导产生HClO,从而提高ag-ZIF-62(Co)活化PMS降解SMX的效率.其他阴离子(如硝酸根、硫酸根与磷酸二氢根等)对ag-ZIF-62(Co)活化PMS降解SMX的效率无明显抑制或促进作用.利用自来水配制模拟含SMX废水,研究其中存在的多重阴离子和阳离子对ag-ZIF-62(Co)活化PMS降解SMX性能的影响.结果表明,ag-ZIF-62(Co)在30 min内对低浓度(1.0 mg/L)和高浓度(5.0 mg/L)SMX的降解效率均保持较高的水平.捕捉实�Amorphous ZIF-62(Co)glass(ag-ZIF-62(Co))was prepared and used as peroxymonosulfate(PMS)activator for the degradation of sulfamethoxazole(SMX).In the presence of 0.1 g/L ag-ZIF-62(Co)and 0.2 mmol/L PMS,approximately 98.6%of SMX with an initial concentration of 5.0 mg/L was degraded within 30 min.The main reactive oxygen species(ROS)involved were sulfate radical(SO_(4)•^(-))and singlet oxygen(1O_(2)),with concentrations of 41.1 and 171.9μmol/L,respectively.A fixed-bed reactor packed with ag-ZIF-62(Co)was constructed for continuous SMX degradation,achieving nearly complete decontamination and 50%reduction in chemical oxygen demand over a period of 120 h.This study has paved a new avenue for exploring the potential application of metal-organic framework glasses in water purification through advanced oxidation processes.

关 键 词：MOF玻璃 磺胺甲恶唑降解 高级氧化过程 降解机理 固定床反应器 

分 类 号：TQ426[化学工程] X703[环境科学与工程—环境工程]