埃洛石纳米管双重角色构建CoAl2O4复合体及其高效降解四环素机制研究

本研究创新性地利用天然埃洛石纳米管（HNTs）同时作为载体和铝源，原位合成CoAl2O4/HNTs（CAO/HNTs）催化剂，通过激活过一硫酸盐（PMS）实现88%的四环素（TC）降解效率。HNTs的引入促进活性位点暴露并形成三维球状结构，揭示了O2•–和1O2在高级氧化过程（AOPs）中的主导作用，为抗生素污染治理提供了新策略。

　　

Highlight

埃洛石纳米管（HNTs）在CoAl₂O₄（CAO）复合材料的合成中扮演双重角色——既是载体又是铝源，所制备的CAO/HNTs能高效激活过一硫酸盐（PMS）降解四环素盐酸盐（TC）。优化参数后，CAO/HNTs在40分钟内实现88%的TC降解率，性能是纯CAO的1.69倍。

Introduction

水污染（含抗生素、重金属等）威胁生态健康。四环素（TC）因含稳定芳香环难以降解，传统物理吸附和生物降解法存在局限性。基于过一硫酸盐（PMS）激活的高级氧化工艺（AOPs）因能产生活性氧物种（如·OH、¹O₂、O₂^•–）成为研究热点。钴基催化剂因其价态可调、成本低廉成为理想PMS激活剂，而尖晶石结构（如CAO）的高比表面积和可调性进一步提升了催化性能。

Section snippets

Materials and reagents

实验采用未经处理的天然HNTs（化学组成见表S1），配合硝酸钴等试剂，通过原位合成法制备CAO/HNTs。

Characterization of catalysts

XRD分析显示，CAO/HNTs成功负载尖晶石结构（JCPDS No. 70–0753），HNTs的管状结构（JCPDS No. 09–0453）有效分散CAO颗粒。

Conclusions

HNTs不仅提升CAO分散度，还通过Co-O-Al键诱导三维球状结构形成，显著增加活性位点。捕获实验证实¹O₂和O₂^•–是降解TC的关键活性物种。该研究为天然矿物在环境催化中的应用提供了新思路。