摘要
近年来，水环境中有机污染物的种类和数量不断增加，进一步加剧了对环境安全的巨大威胁，引起社会的广泛关注。药物残留、工农业废水等多样性来源使有机污染物进入水环境中，造成严重的健康风险，包括生物蓄积的潜在威胁和对人类健康的直接危害，迫切需要寻求有效策略处理水环境中的污染物。基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化技术可以产生强氧化性的活性氧物种（ROS），在有机污染物处理领域前景广阔。PMS自身氧化反应速率低，降解污染物能力有限，需要对其采用适当的活化方式以产生ROS。非均相钴基催化剂活化由于高活性和良好的稳定性，在众多活化方法中脱颖而出。因此，开发高效、稳定的新型非均相钴基催化剂是活化PMS的关键。基于此，本论文开展了如下两个研究工作: （1）作为一种非均相钴基催化剂，Co4N材料具有合适的电子结构有利于PMS的活化，在目前有限的研究中展现出良好的发展潜力。本研究采用直接热解法和高温氮化程序成功将Co4N负载于多孔氮掺杂碳框架，制备得到Co4N复合材料（Co4N/NC-T）。通过探究不同煅烧温度下直接热解的效果，获得最佳性能的催化剂（Co4N/NC-500）,在20分钟内通过活化PMS可以去除95.48％的盐酸四环素（TCH）。此外，Co4N/NC-500/PMS在较宽的pH范围、各种阴离子和有机物存在条件下，仍然保持着良好的催化活性。经过五次循环后，其降解性能依然出色，并且适用于多种有机污染物的降解。猝灭实验、电子顺磁共振（EPR）测试以及电化学测试分析表明，Co4N/NC-500/PMS体系降解TCH的过程中涉及自由基和非自由基途径，主要包括硫酸根自由基（SO4·-）、单线态氧（1O2）和电子转移途径。 （2）三维泡沫金属作为催化剂的支撑基底，能有效暴露催化活性位点并简化循环回收过程，是提高催化剂活性和稳定性的有效策略。本研究通过水热溶剂法和尿素氮化程序成功合成一种泡沫镍（NF）支撑的海胆型颗粒状纳米须Co4N结构。Co4N/NF催化剂可在20分钟内通过活化PMS降解97.8％的对硝基苯酚（PNP），表现出极佳的活化能力。不同实验条件下的研究结果表明，该催化剂在较宽的pH范围和多种阴离子及有机物存在下依然保持良好活性。此外，NF基底的引入赋予催化剂优异的循环性能，五次循环后降解活性仍保持在90.2％。相较于无NF基底支撑的粉末催化剂，Co4N/NF表现出更卓越的可重复使用性能。猝灭实验和相关表征测试结果得出Co4N/NF/PMS降解体系的活性物种与降解机理，推测出PNP降解过程中三种可能的降解途径。
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