Co Based Carbon Materials as Bifunctional Catalysts for Efficient Degradation of Ciprofloxacin in Electro-Fenton System

doi:10.7503/cjcu20240247

Abstract

Abstract:

The overuse of antibiotics has resulted in a significant accumulation of ciprofloxacin（CIP） and its degradation intermediates in the environment， posing a threat to the environment and human health. In recent years， it has been considered a promising method to use heterogeneous electron-Fenton technology for antibiotic pollution treatment. In this study， we used organic metal framework ZIF-67 as precursor， and prepared a series of Co based carbon electrocatalysts（Co-NC-T） under different temperatures. The successful formation of the catalysts was confirmed by morphology and crystal structure analysis， including scanning electron microscopy， high-resolution transmission electron microscopy and X-ray diffraction patterns. On the one hand， The results of X-ray photoelectron spectroscopy showed that Co-NC-900 contained the highest proportion of graphite N， which was beneficial for O₂ to generate H₂O₂ through 2e^‒ reduction reaction. On the other hand， the multiple valence states of Co［Co（0）， Co（Ⅱ）， Co（Ⅲ）］ could promote the conversion of H₂O₂ into various reactive oxygen species during the reaction. The Co-NC-900 catalyst could simultaneously promote the formation and activation of H₂O₂， which was beneficial for the degradation of CIP. The quenching experiment and electron spin resonance experiment results indicated that the main reactive oxygen species in the system were ·O₂^‒ and ·OH. Reactive oxygen species could synergistically participate in the reaction， thereby improving the degradation efficiency of CIP. Under pH=3， the removal rate of Co-NC-900 to CIP was 94.5% in 120 min. This study provided theoretical guidance for the efficient degradation of CIP in wastewater.

Key words: Electro-Fenton, Ciprofloxacin（CIP）, ZIF-67, Co based carbon material, Active oxygen species

CLC Number:

O646

TrendMD:

WANG Shuang, LYU Yueqin, LIU Xingyu, LI Yi. Co Based Carbon Materials as Bifunctional Catalysts for Efficient Degradation of Ciprofloxacin in Electro-Fenton System[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(9): 20240247.

Figures/Tables 12

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Catalyst	Specific surface area/（m²·g^‒1）	Pore volume/（cm³·g^‒1）
Co⁃NC⁃800	266.27	0.24
Co⁃NC⁃900	219.86	0.24
Co⁃NC⁃1000	123.55	0.17

Catalyst	Specific surface area/（m²·g^‒1）	Pore volume/（cm³·g^‒1）
Co⁃NC⁃800	266.27	0.24
Co⁃NC⁃900	219.86	0.24
Co⁃NC⁃1000	123.55	0.17

Catalyst	Content of N（%）
Catalyst	Pyridine N	Pyrrole N	Graphite N	Oxidic N
Co⁃NC⁃800	1.20	0.67	0.96	1.09
Co⁃NC⁃900	0.69	0.74	1.16	0.79
Co⁃NC⁃1000	0.42	0.50	0.76	0.62

Catalyst	Content of N（%）
Catalyst	Pyridine N	Pyrrole N	Graphite N	Oxidic N
Co⁃NC⁃800	1.20	0.67	0.96	1.09
Co⁃NC⁃900	0.69	0.74	1.16	0.79
Co⁃NC⁃1000	0.42	0.50	0.76	0.62

Catalyst	10²k/min^‒1	R²	Catalyst	10²k/min^‒1	R²
Co⁃NC⁃600	1.38	0.9982	Co⁃NC⁃900	2.79	0.9671
Co⁃NC⁃700	1.65	0.9951	Co⁃NC⁃1000	2.01	0.9043
Co⁃NC⁃800	2.12	0.9904