Co/Zr掺杂介孔TiO2催化剂活化过硫酸钠降解四环素的机制与性能调控
陈宁, 陈京乐, 朱宏, 陈华丽, 吴礼光, 王挺
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250275
为制备高效活化过硫酸盐降解有机污染物的环境友好型Ti基介孔催化剂,分别制备了Co和Zr掺杂的介孔TiO2催化剂(Co-TiO2、Zr-TiO2),并探究了其在活化过硫酸钠(PDS)过程中活性物种的产生机制及对四环素(TC)降解性能的影响。结构表征结果表明,Co和Zr掺杂均显著提高了催化剂的比表面积和氧空位浓度。具体而言,Co与Ti间的电负性差异促进了电子迁移;而Zr4+因其离子半径大于Ti4+,掺杂后诱发了晶格畸变。TC降解实验显示,相较于未掺杂的TiO2/PDS体系,Co-TiO2/PDS和Zr-TiO2/PDS体系对TC的降解率在6 h内分别提升至93.1%和89.6%,反应速率常数分别为未掺杂体系的2.8倍和2.4倍。猝灭实验与电子顺磁共振(ESR)分析证实,Co-TiO2/PDS体系以羟基自由基(·OH)为主要活性物种,而Zr-TiO2/PDS体系则以单线态氧(1O2)为主要活性物种。磷酸盐(PO43-)添加实验表明,调控催化剂表面羟基可优化Co-TiO2/PDS体系的反应剂利用效率(ηRU)。结果阐明了金属掺杂对介孔TiO2活化PDS过程的差异化影响,以及其对活性物种和污染物降解性能的调控机制。
关键词: 介孔TiO2, 掺杂改性, 过硫酸盐活化, 活性物种, 降解机制, 四环素

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