Pivotal roles of N-doped carbon shell and hollow structure in nanoreactor with spatial confined Co species in peroxymonosulfate activation: Obstructing metal leaching and enhancing catalytic stability

纳米反应器 催化作用 浸出(土壤学) 化学 金属 化学工程 纳米颗粒 化学计量学 多孔性 有机化学 环境科学 土壤科学 工程类 土壤水分
作者
Zelin Wu,Zhaokun Xiong,Rui Liu,Chuan-Shu He,Yang Liu,Zhicheng Pan,Gang Yao,Bo Lai
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:427: 128204-128204 被引量:125
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.128204
摘要

Metal leaching and catalytic stability are the key issues in Fenton-like reaction. Herein, a hollow yolk-shell nanoreactor (HYSCN) with shell confined Co species was fabricated for peroxymonosulfate (PMS) activation to degrade carbamazepine (CBZ). The uniform Co nanoparticles were completely anchored in a hollow void, further confined by a porous N-doped carbon shell. The unique construction significantly reduces Co species leaching in PMS activation and enhances catalytic stability. Co leaching came from HYSCN dropped by almost fourfold compared to CN-8 without shell confined (0.403 mg/L to 0.120 mg/L). The catalytic stability is also greatly improved, confirming the dominant role of heterogeneous catalysis in the HYSCN/PMS system. HYSCN exhibits excellent catalytic performance compared to a solid structure (SCSCN), demonstrating the significance of hollow structures. Mechanism study found that HO•, SO4•- and 1O2 induced in HYSCN/PMS system and the relative contributions were distinguished and quantified by stoichiometric methods. The UPLC-Q-TOF-MS/MS was used to identify the CBZ degraded intermediate products and the possible degradation pathway was proposed. This study will provide theoretical guidance for reducing metal leaching and improving catalytic stability in the PMS activation.

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