导语
随着染料废水对水环境和生态系统安全的严重威胁，发展高效的废水处理技术对于人类社会的可持续发展显得尤为重要。尽管高级氧化技术（AOPs）因其快速反应动力学和强氧化能力被认为是有效的废水处理方法，但传统贵金属催化剂的高成本和稀缺性限制了其大规模应用。东北林业大学甘文涛教授、尹冉博士等人在《Advanced Functional Materials》上发表的研究论文，提出了一种基于高温热冲击（HTS）技术的快速制备方法，通过在碳化木表面原位生成钴纳米颗粒（Co@CW），成功制备了一种高效、稳定且可循环利用的催化剂，为推动木质材料在水处理领域的应用提供了新的思路。

研究亮点

• 创新制备方法：开发了一种基于高温热冲击（HTS）技术的快速制备方法，通过在碳化木表面原位生成钴纳米颗粒（Co@CW），成功制备了一种高效、稳定且可循环利用的催化剂。

• 高效催化性能：Co@CW催化剂在激活过氧单硫酸盐（PMS）降解亚甲基蓝（RhB）方面表现出优异的催化活性，其降解动力学常数为0.5563 min⁻¹，比传统方法制备的催化剂高出1.79倍。

• 循环稳定性：通过高温再生策略，Co@CW催化剂的循环寿命可延长至20次，每次循环的降解效率均超过90%。

图文解读

图1：展示了通过高温热冲击（HTS）方法在碳化木（CW）表面原位生成钴纳米颗粒（Co NPs）的制备过程。HTS技术在1000 K下仅需2秒即可完成催化剂的制备，显著减少了时间和能源消耗。

图2：对Co@CW-1000 K的形貌和结构进行了详细表征。SEM和TEM图像显示了其规则的多孔结构和有序的木通道，确认了Co NPs在整个CW通道中的完全覆盖。

图3：展示了Co@CW-1000 K在过氧单硫酸盐（PMS）激活降解亚甲基蓝（RhB）中的性能和机制。Co@CW-1000 K在10分钟内实现了99%的RhB去除率，表现出最高的催化活性。

图4：展示了Co@CW-1000 K催化剂的失活和再生过程。通过1900 K的HTS处理将失活催化剂表面的降解中间体转化为石墨碳层，从而恢复催化剂活性。

图5：评估了基于Co@CW-1000 K的连续过滤装置在水处理中的应用潜力。连续过滤实验表明，Co@CW-1000 K在模拟实际水处理中表现出良好的动态降解能力。

总结与展望

本研究通过高温热冲击（HTS）技术在碳化木（CW）上原位生成钴纳米颗粒（Co NPs），成功制备了一种高效、稳定且可循环利用的催化剂（Co@CW-1000 K），用于过氧单硫酸盐（PMS）激活降解亚甲基蓝（RhB）。该方法在1000 K下仅需2秒，显著节省了时间和能源。Co@CW-1000 K在pH 3-9的范围内展现出优异的催化性能，降解动力学常数达到0.5563 min⁻¹。此外，研究提出了一种“失活-再生”策略，通过高温处理使失活的催化剂恢复活性，循环利用次数可达20次，每次循环的RhB去除率均超过90%。连续过滤实验表明，Co@CW-1000 K在模拟实际水处理中表现出良好的动态降解能力。基于可再生木材的Co@CW-1000 K催化剂，结合快速合成和高效催化性能，为清洁水生产和环境修复提供了新的思路。未来研究可进一步拓展该催化剂的应用范围，优化制备工艺以提高催化剂的稳定性和活性，探索其在复杂废水环境中的长期性能，并评估其在其他高级氧化过程中的潜力。

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