钴-组氨酸杂化纳米花高效活化过一硫酸盐降解染料的研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Synthesis and performance evaluation of cobalt-histidine hybrid nanoflowers as efficient heterogeneous catalysts for peroxymonosulfate activation

　　本研究报道了通过自组装策略合成钴-组氨酸杂化纳米花（Co-His HNFs），并构建了非均相催化体系用于过一硫酸盐（PMS）活化高效降解有机染料。性能评估表明HNFs/PMS体系在温度（20–60°C）、pH（3?11）及不同水体环境中均表现出优异适应性，12分钟内可实现刚果红（CR）90%以上降解。机理研究表明降解过程涉及自由基与非自由基途径，且催化剂循环5次后活性保持95%以上，为工业废水处理提供了新型低成本环境友好型非贵金属催化剂开发思路。

　　

材料

六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、L-组氨酸（L-His）、十二水合磷酸氢二钠（Na₂HPO₄·12H₂O）、磷酸二氢钠（NaH₂PO₄）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、刚果红（CR）、过一硫酸钾（KHSO₅）、甲基橙（MO）、亚甲基蓝（MB）、橙黄（OG）、罗丹明B（RhB）、氯化镁（MgCl₂）、氯化钙（CaCl₂）、碳酸钠（Na₂CO₃）、硝酸钠（NaNO₃）、甲醇（MeOH）、叔丁醇（TBA）、糠醇...

杂化纳米花的形貌表征

为揭示组氨酸对材料形貌的调控作用，在相同条件下制备了含/不含组氨酸的样品进行对比分析。扫描电子显微镜（SEM）图像显示：无组氨酸时合成的Co₃(PO₄)₂呈现无序片层聚集态，而引入组氨酸后则形成均匀的花状结构。这种形态演变归因于仿生矿化级联反应：氨基与羧基基团与钴离子配位形成复合物，作为磷酸钴晶体成核的模板，最终自组装成三维分层花形结构。

结论

本研究利用天然氨基酸作为有机组分，成功合成了一种新型有机-无机杂化纳米花。依托钴的催化特性，Co-His HNFs作为非均相催化剂在PMS活化中表现出卓越性能。以CR为模型染料，进一步优化了HNFs/PMS催化体系的反应条件。结果表明该杂化催化剂在不同温度、pH及复杂水体环境中具有强稳定性，循环使用5次后仍保持95%以上活性，为难降解染料废水的高效处理提供了新策略。