碳纳米管负载CoFe2O4催化臭氧降解水体中六嗪酮的机制与性能研究

针对六嗪酮（hexazinone）在水体中难降解、污染持久的问题，山东大学团队开发了HNO3处理的碳纳米管（CNT）负载CoFe2O4复合催化剂（CoFe2O4-CNT）。该催化剂在30分钟内实现六嗪酮完全降解，一级动力学常数（kobs）达0.1918 min?1，较纯CoFe2O4提升3.74倍，且金属离子溶出率降低55.58%（Fe）和90%（Co）。研究证实活性氧物种（ROS）包括·OH、·O2?、1O2和H2O2参与反应，表面路易斯酸位点（S-OH）为关键活性中心。该工作为设计高效催化臭氧催化剂提供了新思路。

　　

三嗪类除草剂六嗪酮因高水溶性和环境持久性，易通过径流污染水体，威胁生态系统和公众健康。传统水处理技术对其降解效率有限，而高级氧化工艺（AOPs）中的催化臭氧氧化技术因无二次污染、反应快速备受关注。然而，现有催化剂存在活性位点单一、金属溶出率高、易团聚等问题。山东大学团队通过创新载体设计，将磁性材料CoFe₂O₄与碳纳米管（CNT）复合，开发出高效稳定的CoFe₂O₄-CNT催化剂，相关成果发表于《Separation and Purification Technology》。

研究采用共沉淀-煅烧法合成催化剂，通过HNO₃预处理CNT增强表面官能团。利用SEM、XRD、XPS等技术表征材料形貌与结构，结合自由基淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）鉴定活性物种，以草酸为基准污染物定义催化活性指数（η(g^?1)）评价性能。

材料表征
SEM显示500℃煅烧的CoFe₂O₄-CNT保持完整管状结构，CoFe₂O₄纳米颗粒均匀分散（图1a-f）。XRD证实复合物成功保留尖晶石结构（图2a），XPS揭示表面羟基（S-OH）和氧空位（O_vac）富集（图3b-c）。

催化性能
CoFe₂O₄-CNT的k_obs达0.1918 min^?1，较纯CoFe₂O₄提升3.74倍（图4a）。基准催化活性η(g^?1)高达7.27 g^?1，远超文献报道值。金属溶出率显著降低，Fe、Co离子浓度分别降至0.405 mg/L和0.0217 mg/L（图4d）。

机制解析
淬灭实验和EPR证实^·OH、^·O₂^?、¹O₂和H₂O₂为主要活性物种（图5a-b）。表面S-OH作为路易斯酸位点促进O₃分解，O_vac持续吸附O₃维持反应（图6）。CNT载体通过增强电子转移抑制金属溶出（图7）。

结论与意义
该研究通过CNT载体设计解决了CoFe₂O₄易团聚、金属溶出的瓶颈问题，首次系统阐明了多活性位点协同机制。提出的催化活性指数为催化剂评价提供新标准，为持久性有机污染物治理提供了高效解决方案，对水环境安全保障具有重要实践价值。