Metal-organic framework–derived porous Cu–Co bimetallic catalyst for efficient peroxymonosulfate activation toward tetracycline degradation

化学 双金属片 催化作用 协同催化 吸附 猝灭(荧光) 降级(电信) 反应速率常数 多孔性 化学工程 多相催化 核化学 氧化还原 一氧化碳 电子顺磁共振 无机化学 四环素 碳纤维 光化学 比表面积 水处理
作者
Tianhong Zhou,Han-gang Xie,Jie Wang,Yue Tian,Shengchun Ma,Yusuke Yamauchi
出处
期刊:Bulletin of the Chemical Society of Japan [Oxford University Press]
卷期号:99 (8) 被引量:1
标识
DOI:10.1093/bulcsj/uoag099
摘要

Abstract Porous carbon-supported Cu–Co bimetallic catalysts (Cu–Co/NC) were synthesized from a Zn/Co bimetallic metal-organic framework (MOF) precursor and employed for peroxymonosulfate (PMS) activation toward tetracycline (TC) degradation. Among the prepared catalysts, Cu–Co/NC-1 exhibited the highest catalytic activity, achieving approximately 99% TC removal within 6 min with an apparent rate constant of 0.7831 min−1, which was 15.47 times higher than that of the NC/PMS system. Adsorption accounted for only 9.36% of TC removal during the 30 min pre-equilibration period, confirming that rapid TC elimination after PMS addition predominantly originated from catalytic oxidation. The catalyst maintained effective performance over a broad pH range and showed acceptable tolerance toward common coexisting anions. Quenching experiments and EPR analysis indicated that PMS activation proceeded through both radical and nonradical pathways involving SO4·−, ·OH, O2·−, and 1O2. The enhanced catalytic activity is attributed to the cooperative redox behavior of Cu and Co species, together with the contribution of oxygen-containing surface functionalities and the porous N-doped carbon framework. Furthermore, a Cu–Co/NC-1-loaded PTFE membrane reactor maintained high TC removal efficiency during 240 min of continuous operation, demonstrating the feasibility of continuous-flow catalytic degradation. This work provides a rational strategy for developing MOF-derived bimetallic carbon catalysts for PMS-based treatment of antibiotic contaminants.
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