铜掺杂ZIF-8/MWCNTs/CC阳极材料对废水中新兴有机氯污染物的吸附-电化学降解性能研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Investigation of adsorption-electrochemical degradation properties of Cu-doped ZIF-8/MWCNTs/CC anode materials against emerging organochlorine contaminants in wastewater

　　本刊推荐：本研究创新性地构建了铜掺杂ZIF-8/多壁碳纳米管复合电极（Cu-ZIF-8/MWCNTs/CC），通过引入Cu-N配位键和介孔结构显著提升了其对2,4-二氯酚（2,4-DCP）、三氯生（TCS）和氯霉素（CAP）等新兴有机氯污染物的吸附容量（最高达1062.88 mg?g-1）和电催化矿化效率。Cu2+/Cu+氧化还原电对作为高效电子介体，协同羟基自由基（·OH）精准攻击C-Cl键，经ECOSAR模型验证降解产物毒性显著降低，为高效低耗处理难降解有机氯废水提供了新策略。

　　

材料性能表征

图1展示了合成样品的扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像。如图1a和1b所示，该材料呈现出明确的菱形十二面体形貌，这是ZIF-8的典型特征，证实了ZIF-8晶体的成功合成。在ZIF-8/MWCNTs复合材料中（图1c和1d），多壁碳纳米管（MWCNTs）从ZIF-8晶体内部延伸并生长，形成了交联的杂化结构。这一现象源于Zn²⁺离子在MWCNTs表面的静电吸附。

结论

本研究成功开发了一种新型铜掺杂ZIF-8/多壁碳纳米管复合材料（Cu-ZIF-8/MWCNTs），并将其涂覆在碳布（CC）上制备了复合阳极Cu-ZIF-8/MWCNTs/CC。该阳极对2,4-DCP、TCS和CAP表现出高吸附容量（分别为1062.88、686.11、182.66 mg?g^-1），并能在30–150分钟内完全电催化矿化这些污染物（初始浓度10 mg?L^-1）。这种卓越性能归因于铜掺杂，它同时引入了基于尺寸匹配效应和d带中心理论进行尺寸选择的介孔结构，以及作为高效电荷转移介体的高度可逆且动力学快速的Cu²⁺/Cu⁺氧化还原电对。

CRediT作者贡献声明

Xinyue Liang: 形式分析，数据整理，概念化。 Yingxue Sun: 监督指导。 Zhengyang Feng: 方法论。 Qingwei Bu: 调研，形式分析，数据整理。 Weihong Zhang: 形式分析，数据整理，概念化。 Xiaolong Yao: 写作-审阅编辑，验证，监督指导。 Wenwen Gong: 可视化，资源提供。 Wei Wang: 调研。 Chun Wang: 调研，数据整理。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的可能影响本工作报告的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了北京市属高校青年拔尖人才培育计划项目（批准号：BPHR202203048）和国家重点研发计划（批准号：2023YFE0104900）的资助。