氮掺杂多级孔Cu-C-N复合材料通过协同吸附与过一硫酸盐活化高效去除双酚A

本文报道了一种新型氮掺杂多级孔Cux@N-CM复合材料，通过热解DCD包覆的Cu@ZIF-8前驱体制备。该材料兼具卓越的吸附能力和PMS（过一硫酸盐）活化性能，可高效去除水中BPA（双酚A）。其独特的多孔结构和Cu-Nx/C-N活性位点实现了吸附-降解协同作用，在15分钟内完全降解20 mg/L BPA，且具有pH适用范围广、循环稳定性好等优势。

　　

Highlight

本研究以DCD包覆的Cu_x@ZIF-8为前驱体，成功制备出具有多级孔结构的富氮铜-氮共掺杂碳材料（Cu_x@N-CM）。DCD的引入显著增加了材料中吡啶氮、石墨氮和Cu-N_x活性位点的密度，同时提升了比表面积和孔径尺寸。这种独特的结构使材料兼具优异的吸附能力和过一硫酸盐（PMS）活化性能，可实现水中双酚A（BPA）的高效去除。

Characterizations

通过XRD分析发现，Cu_1.5/ZIF-8前驱体保持了ZIF-8的晶体结构（7.34°、10.36°等特征峰），表明Cu²⁺离子成功掺杂而未破坏骨架。热解后材料中检测到金属铜和氧化铜晶相，证实了活性位点的形成。

Conclusions

该研究开发的Cu_x@N-CM材料通过"吸附富集-界面降解"协同机制，在0.1 g/L剂量下可先吸附75%的BPA（20 mg/L），后续添加0.1 mmol/L PMS即可在15分钟内实现完全降解。机理研究表明：吸附过程通过孔隙填充、疏水作用、π-π电子给受体（EDA）相互作用和络合作用实现；PMS活化则依靠自由基与非自由基协同路径。值得注意的是，材料的吸附位点与催化位点空间分离，吸附过程延长了污染物在催化剂表面的停留时间，从而促进降解效率。这项工作为设计高浓度难降解有机污染物去除催化剂提供了新思路。