铕掺杂对Co3O4活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝性能的增强

以Co （NO₃）₂和Eu （NO₃）₃为原料,采用草酸盐-热分解法制得了系列不同Co/Eu比例（n_Co/n_Eu）的多孔双金属复合氧化物催化剂,并对其活化过一硫酸盐（PMS）降解亚甲基蓝（MB）的性能进行对比评价。结果表明,按n_Co/n_Eu=9制得的材料（Co₉Eu₁）具有最为优异的活化PMS降解MB的性能。在温度为25℃、催化剂用量和PMS浓度分别为0.10 g·L^-1和0.6 mmol·L^-1的反应条件下,Co₉Eu₁/PMS体系对MB的降解率可达86.66%,而纯Co₃O₄催化下的MB降解率仅为52.62%。Co₉Eu₁出色的催化性能是由于Eu³⁺的缺电子特性增强了对吸附于催化剂表面PMS的极化而使其更易被主催化成分Co₃O₄活化。体系中阴离子C₂O₄^2-和HCO₃^-的存在对Co₉Eu₁/PMS氧化降解MB的性能具有明显抑制作用。猝灭实验和电子顺磁共振谱（EPR）证实Co₉Eu₁/PMS体系中同时存在SO₄^-·、·OH和·O₂^-三种自由基型活性物种以及¹O₂非自由基型活性物种,其中SO₄^-·对MB的氧化降解起关键作用。Co₉Eu₁具有良好的稳定性,在连续4次循环使用中其催化性能未见明显变化。     

不同形貌Co3O4的制备及其活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝的性能

分别采用尿素水热-煅烧法、化学浴沉积-煅烧法和草酸盐热解法制备出具有不同形貌的Co₃O₄（Co₃O₄-A、Co₃O₄-B和Co₃O₄-C） 粉体材料,对比了它们作为催化剂活化过一硫酸盐（PMS）降解亚甲基蓝（MB）的性能。结果表明,3种Co₃O₄材料均具有分级微/纳米结构,形貌分别呈绒球状、无规则颗粒状和纤维状。PMS在3种催化剂作用下的分解过程均符合一级反应动力学模型,反应速率常数依次为0.047 1、0.217 4和0.003 7 min^-1。无规则颗粒状Co₃O₄-B表现出最高的PMS活化性能,是其具有最大比表面积、最高表面氧空位浓度以及表面羟基密度综合作用的结果。在催化剂用量0.02 g·L^-1、PMS投加量0.6 mmol·L^-1的工艺参数条件下,Co₃O₄-B/PMS高级氧化体系在25 min内对MB的降解即可达98.33%。电子顺磁共振测试证实Co₃O₄-B/PMS高级氧化体系中存在·SO₄^-、·OH、·O₂^-和¹O₂四种活性氧物种,基于此提出了Co₃O₄-B活化PMS及降解MB的反应机理。