CoS Nanoparticles Decorated Biomass-Derived Carbon Spheres: A Highly Efficient Peroxymonosulfate Activator for Tetracycline Degradation

化学 催化作用 单线态氧 激进的 氧化还原 过硫酸盐 光化学 电子转移 降级(电信) 碳纤维 电子顺磁共振 废水 羟基自由基 钴 高级氧化法 化学工程 猝灭(荧光) 多相催化 纳米颗粒 环境友好型 光催化 生物量(生态学) 氧气 无机化学 协同催化 电子供体 过氧化氢 水处理 四环素
作者
Lin Zhao,Huan-Yan Xu,Bo Li,Yu Zhong,Yong Zhang,Dan-Qi Liu
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (1): 1820-1833 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c06089
摘要

The development of efficient and environmentally friendly catalysts for peroxymonosulfate (PMS) activation is critical for antibiotic wastewater remediation. Herein, a cobalt sulfide-modified biomass carbon composite (CoS/BC) was synthesized via a hydrothermal method using waste pine trunks as a sustainable carbon source. The optimized 30% CoS/BC catalyst demonstrated exceptional PMS activation performance, achieving 93% tetracycline (TC) degradation within 30 min. Systematic experiments revealed that the degradation efficiency was influenced by catalyst dosage, PMS concentration, pH, and coexisting anions, with the system maintaining high activity over a broad pH range (3–11) and in complex water matrices. Mechanistic studies through radical quenching tests and electron paramagnetic resonance (EPR) analysis confirmed that sulfate radicals (SO 4 ·– ), singlet oxygen ( 1 O 2 ), and superoxide radicals (O 2 ·– ) jointly contributed to TC degradation, with SO 4 ·– playing the dominant role. The carbon support facilitated electron transfer and enhanced the Co(II)/Co(III) redox cycle, thereby promoting continuous generation of reactive species. This work not only provides a value-added strategy for converting waste biomass into high-performance catalysts but also advances the fundamental understanding of radical and nonradical pathways in PMS-based oxidation processes. The proposed catalyst demonstrates great potential for practical applications in antibiotic wastewater treatment.
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