钴/高岭土-果胶复合催化剂活化过一硫酸盐高效降解水中莠去津的研究

为解决传统高级氧化工艺(AOPs)中催化剂成本高、生态毒性大及金属浸出导致的二次污染问题，研究人员开发了以天然高岭土为载体、果胶为固定化基质的钴基复合催化剂(Co/Kaolin-pectin/Co)，用于活化过一硫酸盐(PMS)降解水中持久性除草剂莠去津(ATZ)。该催化剂5分钟内降解率达99.45%，循环6次效率仍保持97.46%，并通过流体床实验和作物栽培验证了实际应用潜力，为绿色水处理技术提供了低成本、环境友好的解决方案。

　　

莠去津(ATZ)作为一种曾被广泛使用的除草剂，因其内分泌干扰效应被多国禁用，但其高水溶性和低土壤吸附性导致其在环境中持续存在，威胁水生态安全。传统水处理技术面临成本高、金属浸出风险大等瓶颈，而基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺(AOPs)虽能产生强氧化自由基，但高效稳定催化剂的开发仍是挑战。

针对这一难题，中国的研究团队创新性地将天然矿物高岭土与生物多糖果胶结合，构建了钴负载型复合催化剂(Co/Kaolin-pectin/Co)。该研究发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上，通过实验证实该体系5分钟内对ATZ的降解率高达99.45%，循环使用6次后效率仍保持97.46%，并通过流体床实验验证了8小时连续处理的稳定性(降解率96.34%)。

研究采用密度泛函理论(DFT)计算、电子顺磁共振(EPR)和淬灭实验等关键技术，揭示了钴的引入显著降低PMS吸附能，促进SO₄
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和•OH自由基生成的核心机制。果胶的加入不仅通过Ca²⁺
/Co²⁺
交联形成三维网络结构固定催化剂，还减少了钴浸出量。

材料表征部分显示，钴在高岭土中高度分散，XRD特征峰强度与钴含量正相关；FT-IR证实了Co-N键(520 cm^-1
)和O-Si-O键(799.16/1074.98 cm^-1
)的存在。降解实验表明0.5 Co/Kaolin在pH 3-9范围内保持高效，且共存阴离子影响较小。机理分析通过EPR检测到DMPO-•OH和DMPO-SO₄
加合物信号，淬灭实验证实SO₄
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贡献率达62.3%。实际应用部分通过大豆水培实验证明处理后的水无植物毒性，植株生物量与对照组无显著差异。

该研究的意义在于：首次将高岭土的矿物特性与果胶的生物相容性相结合，解决了传统AOPs催化剂回收难和金属泄漏的痛点；通过DFT计算从电子层面阐释了钴增强PMS吸附的机制；开发的流体化床反应器为实际水体修复提供了技术原型。Yong Yu团队的工作不仅为有机污染物治理提供了新思路，更推动了天然材料在环境催化领域的应用，契合绿色可持续发展理念。