Rational design and synthesis of hollow Co3O4@Fe2O3 core-shell nanostructure for the catalytic degradation of norfloxacin by coupling with peroxymonosulfate

催化作用 化学 激进的 降级(电信) 电子顺磁共振 硫酸盐 碳酸氢盐 腐植酸 无机化学 光化学 有机化学 计算机科学 物理 电信 肥料 核磁共振
作者
Liwei Chen,Xu Zuo,Shengjiong Yang,Tianming Cai,Dahu Ding
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:359: 373-384 被引量:282
标识
DOI:10.1016/j.cej.2018.11.120
摘要

Rational design and synthesis of efficient catalyst for the generation of sulfate radicals (SO4−) through heterogeneous approach is highly desirable. In the present study, a magnetic cobalt-based catalyst, Co3O4@Fe2O3 was successfully synthesized by using metal-organic frameworks (MOFs) as a template. A hollow core-shell structure possessing moderate specific surface area (22.8 m2 g−1) and pore volume (0.18 cm3 g−1) was obtained. The catalyst performed high efficiency for the degradation of norfloxacin (NOR) by coupling with peroxymonosulfate (PMS). And the process was kinetically favorable in neutral (0.43 min−1 at pH of 7.5) and weak acidic/basic conditions, whilst significantly inhibited at acidic condition (0.12 min−1 at pH of 4.5). Catalyst loading showed a more remarkable effect on the degradation process than PMS dose. Interestingly, chloride, phosphate and bicarbonate ions clearly promoted the degradation process while humic acid showed a detrimental effect. Cl2/HOCl oxidation system was demonstrated when massive Cl− was added into the reaction system. As evidenced by electron paramagnetic resonance (EPR) analysis, both hydroxyl and sulfate radicals contributed to the degradation and the latter one played a crucial role. Eventually, degradation pathway was tentatively proposed based on the HPLC-ESI-MS/MS analysis of the detected intermediates. This study would be very meaningful to promote the applications of sulfate radical based advanced oxidation processes (SR-AOPs) for the environmental remediation.
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