钴(Ⅱ)@膦酸锆复合物的制备及催化过一硫酸盐降解藏红T的性质

doi:10.7503/cjcu20250240

摘要/Abstract

摘要：

以骨架含有1，4，7，10-四氮杂环的膦酸锆ZrDP（由1，4，7，10-四膦酸亚甲基-1，4，7，10-四氮杂环十二烷与Zr⁴⁺在酸性水溶液中反应得到）为载体，通过配位作用合成了一种Co²⁺负载型催化剂TTFA@Co²⁺@ZrDP （TTFA： 2-噻吩甲酰三氟丙酮），并将该催化剂用于催化过一硫酸盐氧化降解藏红T反应. 研究发现， TTFA@Co²⁺@ZrDP的催化活性与其尺寸大小和负载的Co²⁺含量及分散度密切相关. 配体TTFA能够促进催化反应过程中电子的转移，提升催化活性中心Co²⁺的催化能力. 在一定条件下， TTFA@Co²⁺@ZrDP催化过一硫酸盐氧化藏红T的降解率达到100%，且催化剂具有良好的重复利用性.

关键词: 膦酸锆, 藏红T, 过一硫酸盐, 降解

Abstract:

A kind of composite catalyst TTFA@Co²⁺@ZrDP was prepared by coordination among Co²⁺， ZrDP（a kind of zirconium phosphonate with 1，4，7，10-tetraazaheterocyclic ring in skeleton） as carrier and TTFA（2-thiophene formyl trifluoroacetone） as chelating ligand. The catalytic activity of the composite was studied in the oxidation degradation reaction of safranin T in the presence of peroxymonosulfate as oxidant. The results indicate that the catalytic activity of TTFA@Co²⁺@ZrDP is closely related to its particle size， the content and dispersion of Co²⁺ supported， and TTFA is found to promote the transfer of electrons during the catalytic reaction and enhance the catalytic ability of the Co²⁺. 100% of Safranin T could be degraded by TTFA@Co²⁺@ZrDP under certain conditions in the presence of peroxymonosulfate and the catalyst has good reusability.

Key words: Zirconium phosphonate, Safranin T, Peroxymonosulfate, Degradation

中图分类号:

O643

TrendMD:

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图/表 12

Fig.1 SEM images of ZrDP(A), Co2+@ZrDP(B), TTFA@Co2+@ZrDP⁃1(C) and TTFA@Co2+@ZrDP⁃2(D)

Fig.2 FTIR spectra of TTFA and TTFA@ Co2+@ZrDP⁃2

Fig.3 XRD patterns of TTFA, ZrDP, Co2+@ZrDP, TTFA@Co2+@ZrDP⁃1 and TTFA@Co2+@ZrDP⁃2

Fig.4 XPS spectra of N1s in ZrDP and TTFA@Co2+@ZrDP⁃2(A) and Co2p in TTFA@Co2+@ZrDP⁃2 and Co(NO3)2·6H2O

Fig.5 N2 absorption⁃desorption isotherms of Co2+@ZrDP(A), TTFA@Co2+@ZrDP⁃1(B) and TTFA@ Co2+@ZrDP⁃2(C)

Fig.6 Pore size distributions of Co2+@ZrDP(A), TTFA@Co2+@ZrDP⁃1(B) and TTFA@Co2+@ZrDP⁃2(C)

Table 1 Specific surface area， pore volume and average pore size of Co2+@ZrDP， TTFA@Co2+@ZrDP-1 and TTFA@Co2+@ZrDP⁃2

Sample	Specific surface area/（m²·g^-1）	Pore volume/（cm³·g^-1）	Average pore size/nm
Co²⁺@ZrDP	19.6815	0.1018	1.5954
TTFA@Co²⁺@ZrDP⁃1	7.7243	0.0425	1.3144
TTFA@Co²⁺@ZrDP⁃2	63.5164	0.3362	1.5519

Fig.7 Degradation rate of safranin T(100 mg/L) in existence of PMS catalyzed by different catalysts at 25 ℃(A), degradation rate of safranin T(100 mg/L) in existence of PMS catalyzed by TTFA@ Co2+@ZrDP⁃2 under different initial pH values(B), under different catalyst qualities(C), under different PMS dosages(D) and under different temperatures(E)

Fig.8 Degradation rate of safranine T and removal rate of TOC at different time under the optimal conditions

Table 2 Degradation rate of 100 mg/L Safranine T solution degraded by PMS with different reuse time

Time/min	Degradation rate（%）
Time/min	Cycle 1	Cycle 2	Cycle 3	Cycle 4	Cycle 5	Cycle 6	Cycle 7
0	0	0	0	0	0	0	0
5	99.77	86.87	83.26	82.36	72.18	32.49	28.53
10	99.89	98.26	98.22	96.28	95.46	50.71	46.49
15	99.91	98.39	98.39	98.31	98.18	81.96	69.13
20	99.92	98.30	98.35	98.35	98.30	94.52	87.04
25	99.92	98.39	98.35	98.27	98.35	98.89	96.16
30	99.95	98.39	98.35	98.35	98.35	99.87	98.78

Fig.9 Degradation rate of catalytic degradation of Safranine T solution d after addition of different quenchers at different time(A) and the degradation rate at 5 min of rection(B)

Fig.10 EPR spectra of SO4-· and ·OH(A), O2-·(B) and 1O2(C) of catalyst TTFA@Co2+@ZrDP⁃2 catalyzing PMS to degrade safranine T reaction system

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