邻苯二甲酸酯(PAEs)是废水中常见的内分泌干扰物,对水生生态系统和人体健康构成潜在威胁。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,而开发高效、稳定、可回收的催化剂是其核心。金属有机骨架(MOFs)因其高度有序的孔道结构和可调变的金属中心,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(800℃)的热解,制备了CoFe@NCNT复合材料。
在活化PMS降解邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的实验中,该CoFe@NCNT催化剂展现了卓越的催化性能,在15分钟内即可将20mg/L的DEP完全去除,TOC矿化率超过60%。其催化活性是单独Co纳米颗粒或单独Fe纳米颗粒的数十倍。EPR和自由基淬灭实验表明,该体系中SO₄·⁻、·OH和¹O₂共同参与了DEP的降解。NCNT不仅作为导电骨架加速电子传递,其自身的氮掺杂位点(石墨氮、吡啶氮)也能协同活化PMS,并通过π-π作用吸附DEP分子,在活性位点周围创造高浓度微环境。
由于合金的抗氧化性和NCNT的保护作用,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(<0.1mg/L)。在含有高浓度Cl⁻(>100mM)、HCO₃⁻(>10mM)和腐殖酸(>10mg/L)的真实二级出水中,该体系对DEP的降解率依然高达90%以上,展现了卓越的抗干扰能力。电化学阻抗谱和计时电流测试证实,CoFe合金与NCNT之间的肖特基结显著降低了界面电荷转移阻抗。该研究通过调控MOF热解路径,成功制备了合金/碳纳米管协同催化、兼具导电网络和吸附功能的高性能PMS催化剂。