钴基藻酸盐负载ZIF-67催化活化过一硫酸盐高效降解双酚S的环境修复技术研究

针对水体中难降解内分泌干扰物双酚S(BPS)的污染问题，研究人员开发了新型钴基催化剂CZIF-67@alg300，通过层状包埋-煅烧法将ZIF-67固定于藻酸盐微球，在过一硫酸盐(PMS)活化体系中实现15分钟内94%的BPS降解效率，活化能低至48.36 kJ mol-1 ，六次循环后仍保持93%活性，为持久性有机污染物的绿色治理提供了创新解决方案。

　　

随着工业发展，水体中新兴污染物双酚S(BPS)的累积已成为全球性环境挑战。这种被广泛用于塑料制品的内分泌干扰物，虽曾作为双酚A(BPA)的替代品，却被证实具有相似的生态毒性。传统水处理技术如吸附和混凝对其亲水性结构束手无策，而高级氧化工艺(AOPs)中过渡金属活化过硫酸盐的技术路线，因能产生强氧化性的硫酸根自由基(SO₄
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)和羟基自由基(^•
OH)，展现出独特优势。然而现有催化剂普遍存在金属溶出、回收困难等问题，亟需开发兼具高效性与环境友好特性的新型催化体系。

台湾地区国家科学及技术委员会资助的研究团队创新性地将沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67与天然藻酸盐结合，通过300℃煅烧制备出CZIF-67@alg300复合催化剂。该研究发表于《Journal of Water Process Engineering》，系统论证了该体系在常温中性条件下对BPS的卓越降解性能，并通过LC-MS解析了降解路径，证实了反应产物的低毒性特征。

关键技术包括：1) 采用逐层包埋-煅烧法制备固定化催化剂；2) 通过SEM、XRD等表征材料形貌与晶型结构；3) 建立PMS活化动力学模型计算活化能；4) 应用LC-MS鉴定降解中间体；5) 进行催化剂循环稳定性与金属溶出测试。

【催化剂表征】
煅烧后的CZIF-67@alg300呈现多孔珊瑚状结构（图1b），比表面积达98.7 m²
g^-1
，XRD显示保留了ZIF-67的特征晶型。XPS分析证实Co²⁺
/Co³⁺
氧化还原对的共存，这是PMS活化的关键活性位点。

【降解性能】
在0.12 mM PMS、1.5 g L^-1
催化剂条件下，0.04 mM BPS的降解符合准一级动力学（k_obs
=0.15 min^-1
），15分钟去除率达94%。自由基淬灭实验表明SO₄
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是主导活性物种，贡献率达68%。

【降解机理】
LC-MS检测到羟基化、磺酸基断裂等7种中间体，提出三条主要降解路径。发光菌毒性实验显示反应后溶液毒性降低85%，证实了降解过程的解毒效应。

【稳定性测试】
六次循环后催化剂仍保持93%活性，钴溶出浓度仅0.28 mg L^-1
，显著低于同类钴基粉末催化剂。

该研究开创性地将MOFs材料与生物高分子载体结合，解决了传统粉末催化剂易聚集、难回收的痛点。通过精确控制煅烧温度，在保持ZIF-67催化活性的同时，利用藻酸盐的三维网络结构有效防止活性组分流失。所开发的系统在无需调节pH、无需外加能量的温和条件下即可高效运行，其技术经济性显著优于需要紫外、热能等外部能量输入的AOPs体系。研究不仅为BPS污染控制提供了可行方案，其"固定化MOFs"的设计思路更为水处理催化材料的开发开辟了新方向。