MOF-derived Co3O4/g-C3N4 membrane with synergistic Photo-Fenton-like effect: Overcoming the reactivity-permeability trade-off for high-performance water purification

反应性(心理学) 化学 磁导率 芬顿反应 化学工程 催化作用 有机化学 生物化学 医学 替代医学 病理 工程类
作者
Menglu Zhang,Yueping Bao,Li-an Hou,Xiaoqiang An,Yiran Chai,Chuyang Y. Tang,Yiqun Fan,Yu Yang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:379: 125676-125676 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2025.125676
摘要

This study presents a novel Co 3 O 4 /g-C 3 N 4 functionalized ceramic membrane (Co-CN-M) for emerging contaminants removal by integrating visible-light photocatalysis and peroxymonosulfate oxidation . The membrane was fabricated via in-situ growth of ZIF-67 on g-C 3 N 4 -modified substrates followed by calcination . The Co-CN-M overcomes the conventional trade-off between reactivity and permeability, simultaneously achieving outstanding degradation efficiency ( k = 0.24 min −1 for bisphenol A) and ultrahigh water flux (724 L·m −2 ·h −1 ·bar −1 ). This exceptional performance stems from: (1) the p-n heterojunction at g-C 3 N 4 /Co 3 O 4 interface that enhances charge transfer and Co 2+ /Co 3+ cycling, promoting h + /O 2 ·− -dominated degradation; and (2) a unique honeycomb morphology that facilitates mass transfer via enhanced surface properties and internal nanochannels . Application viability was also demonstrated by excellent antifouling and self-cleaning properties (>70 % flux recovery) and stable long-term (96 h) operation in surface water with minimal cobalt leaching (<0.007 mg·L −1 ). This work offers valuable insights into metal-organic framework (MOF)-based functional membrane fabrication for effective water purification . • MOF-derived membrane simultaneously enhances catalytic activity and permeability. • Synergistic photocatalysis-PMS activation enhances BPA degradation. • Interfacial charge transfer facilitates photocarrier separation and reactive species generation. • Hierarchical porous architecture enhances mass transport and antifouling performance. • Robust stability with minimal cobalt leaching enables practical applications.
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