昆明理工大学宁平团队王向宇课题组CEJ | nZVI的纳米限域生长缓解了类芬顿催化中铁离子浸出和氧化剂利用率低的难题

传统纳米零价铁(nZVI)类芬顿工艺存在铁离子浸出严重和氧化剂利用率低的问题。本研究发展了一种螯合辅助共组装策略，在三聚氰胺和1,10-菲咯啉的辅助下，成功制备了嵌入铁纳米颗粒的氮掺杂碳纳米管(Fe0@NCNTs-2)。该催化剂独特的豆荚状核壳纳米管结构有效保护了内部活性中心，显著抑制了金属离子泄漏，并将过氧单硫酸盐(PMS)的利用效率提高了50%以上。以双酚A(BPA)为模型污染物，Fe0@NCNTs-2在宽pH范围(3.0-11.0)内表现出优异的降解性能，40分钟内总有机碳去除率达68.3%。实验和密度泛函理论计算共同揭示，纳米限域结构通过电子金属-载体相互作用，降低了PMS的吸附能垒，加速了电子转移，并主导了以非自由基(1O2和电子转移)为主的氧化机制。连续流降解实验证实该催化剂具有卓越的稳定性和实际应用潜力，600分钟稳定运行中铁溶出低于25 μg L⁻¹。