介孔yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2纳米反应器降解水中的苯酚

本文分别采用双溶液注射法和选择性刻蚀法合成了单核和多核两种介孔yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2(介孔Si O2)纳米反应器.并对比了两种纳米反应器和纳米Co_3O_4颗粒催化过一硫酸氢钾(KHSO_5)去除水中苯酚的效果.结果显示,两种纳米反应器催化KHSO_5降解苯酚的效率在相同反应条件下分别比纳米Co_3O_4颗粒提高18.8%和26.7%,说明多核型纳米反应器催化性能更好.进一步研究pH值、KHSO_5与苯酚物质的量之比n_(KHSO_5)∶n_(C_6H_6O)和材料投加量m_(cata)对苯酚降解的影响,发现多核型纳米反应器的最佳反应条件为pH=7,n_(KHSO_5)∶n_(C_6H_6O)=10∶1,m_(cata)=0.8 g·L^(-1).最后,结合催化活性和吸附实验,以及XRD、XPS、STEM、BET等手段,分析了纳米反应器的形貌、结构、元素形态和比表面积,并推断反应机理.结果显示,纳米反应器的主体结构为均匀分散的SiO_2中空微球,粒径约为300 nm,表面布满介孔,并拥有极大的比表面积,能有效吸附水中的苯酚并将其富集于纳米反应器中,同时mSiO_2微球中形成的Co_3O_4内核催化KHSO_5产生硫酸根自由基(SO_4^(·-))降解水中的苯酚,纳米反应器的吸附、富集和限域作用强化了苯酚的降解.

多核yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2纳米反应器降解双酚A

采用阳离子表面活性剂协助的自模板法合成了中空介孔Si O_2微球(HMSS),然后向含HMSS的悬浮液中加入醋酸钴溶液和氨水,让两种溶液经HMSS表面介孔进入空腔中反应生成Co_3O_4内核,合成了多核yolk-shell型Co_3O_4@m Si O_2(介孔Si O_2)纳米反应器.结合XRD、XPS、SEM、STEM、BET等手段,分析了纳米反应器的形貌、结构、元素形态和比表面积.结果显示纳米反应器均匀分散,粒径约为300nm,表面布满介孔,内部分布大量Co_3O_4纳米粒子,拥有极大的比表面积161m^2/g,远大于Co_3O_4纳米粒子的比表面积35m^2/g,能有效吸附双酚A(BPA),1h吸附容量达12.7mg/g.多核yolk-shell型Co_3O_4@m Si O_2纳米反应器能高效催化过一硫酸氢盐(PMS)降解BPA,2h降解率达81.8%,远高于Co_3O_4纳米粒子的降解率51.3%,同时能节省PMS的投加量,避免水中盐度过高.此外,合成的纳米反应器具有很好的再利用性,在p H值3~9范围内表现出稳定而高效的催化性能.