光催化辅助过一硫酸盐活化系统中二维/二维纳米限域催化膜高效净水研究

本文开发了一种由g-C3N4与Co/Fe-MOF纳米片构建的2D/2D催化膜（CN@Co/Fe-MOF），通过光催化（photo）协同过一硫酸盐（PMS）活化系统实现高通量污染物降解。该膜利用纳米限域效应促进电子转移和单线态氧（1O2）生成，对多种染料（罗丹明B等）和抗生素（盐酸四环素）去除率达89.78%-99.11%，水通量达70.41 L·m-2·h-1，为膜分离-高级氧化（AOPs）耦合技术提供了新策略。

　　

膜结构与性能

通过酸蚀刻和液相剥离制备的g-C₃N₄纳米片（厚度～1.2 nm）与室温溶剂法合成的Co/Fe-MOF纳米片（含缺陷孔，厚度～1.8 nm）交叉堆叠，形成稳定的2D/2D层状结构。原子力显微镜（AFM）显示该膜具有微/介孔通道和均匀分散的Co/Fe活性位点。

结论

CN@Co/Fe-MOF膜系统通过光催化辅助PMS活化实现了污染物快速连续去除。g-C₃N₄作为电子供体加速Co/Fe价态循环，促进PMS解离生成¹O₂。分子动力学（MD）模拟证实层状亲水结构可实现快速水传输，密度泛函理论（DFT）计算表明纳米限域通道热力学上自发促进PMS在Co/Fe位点解离。

作者贡献声明

陈思睿：审稿编辑与数据整理；杨一飞：方法验证与数据 curation；董永浩：方法验证与数据支持；赵晓晨：原创写作与可视化；王旭东：项目管理与资金支持。

数据可用性

数据可根据需求提供。

利益冲突声明

作者声明无影响研究的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究受国家重点研发计划（2022YFC2904300）、陕西省科技创新团队计划（2024RS-CXTD-51）等资助。