背景介紹石墨相氮化碳（g-C3N4）因化學性質穩定、不含金屬元素、電子結構可調節等特點而在光催化領域獲得廣泛研究。同時g-C3N4的高穩定性、形態的可調控性，使其成為潛在的優良催化劑載體。將金屬負載于g-C3N4上不僅可以改善金屬基催化劑團聚和浸出問題，還能通過g-C3N4與金屬之間的相互作用產生高價金屬氧物種進一步改善催化劑的性能。本文通過煅燒法制備出g-C3N4載體，再通過水熱法負載MnOOH納米線形成MnOOH@g-C3N4復合催化劑。以苯酚作為目標污染物考察了MnOOH@g-C3N4對PMS的活化性能，研究了PMS用量、催化劑使用量以及pH等參數對活化性能的影響。通過捕獲實驗考察了該系統內的主要活性氧物種，闡明了該體系活化PMS的自由基和非自由基途徑。文章亮點1.本文成功制備了MnOOH@g-C3N4復合催化劑并應用于活化PMS降解苯酚，表現出優良的降解性能；2.MnOOH@g-C3N4具有良好的穩定性和極低的Mn離子浸出率；3.高價金屬氧物種MnⅤ(O)/MnⅣ(O)是MnOOH@g-C3N4/PMS體系的主要活性氧物種，O2·-和1O2在苯酚的降解中也起到了重要的作用。圖文介紹1MnOOH@g-C3N4的表征分析MnOOH、g-C3N4和MnOOH@g-C3N4的SEM圖像如圖1a～1c所示。MnOOH與g-C3N4復合后可以清晰看出直徑為10～50nm的MnOOH納米線均勻附著于g-C3N4的表面并形成網狀結構。圖1d～1g為MnOOH@g-C3N4的EDS能譜圖，可以清晰得看出復合催化劑由C、O、N和Mn這4種元素構成，且4種元素在催化劑內均勻分布。a.MnOOH；b.g-C3N4；c.MnOOH@g-C3N4

(50wt%)

的SEM圖譜d)~g為MnOOH@g-C3N4

(50wt%)各元素的EDS映射圖1

SEM圖譜及EDS能譜圖Fig.1

SEMimageandEDSmappingMnOOH和MnOOH@g-C3N4的N2吸附-脫附等溫線如圖2所示，MnOOH與g-C3N4復合后仍呈現出Ⅳ型等溫線的特點，表明復合催化劑存在介孔結構。1.MnOOH；2.MnOOH@g-C3N4(50wt%)圖2

樣品的N2吸附-脫附等溫線Fig.2

Nitrogenadsorption-desorptionisothermofsamples通過XRD對MnOOH@g-C3N4的晶體結構進行了分析，結果如圖3所示。g-C3N4和MnOOH@g-C3N4在27.5°處均出現對應于g-C3N4(002)晶面的衍射峰，說明g-C3N4的晶體結構在復合過程中未被破壞。1.MnOOH@g-C3N4；2.g-C3N4；3.MnOOH標準圖譜圖3

MnOOH和MnOOH@g-C3N4的XRD圖譜Fig.3

XRDpatternsofMnOOHandMnOOH@g-C3N42MnOOH@g-C3N4催化性能的測試2.1

最佳MnOOH負載量的考察為確定MnOOH負載量對MnOOH@g-C3N4催化性能的影響，本文選擇MnOOH負載量為20、50、80wt%3種催化劑進行研究，結果如圖4所示。催化劑投加量為0.5g/L；PMS濃度為1.25mmol/L；苯酚濃度為23.5mg/L；室溫；無pH調整曲線1～3的MnOOH負載量分別為20、50、80wt%圖4

MnOOH負載量對MnOOH@g-C3N4催化性能的影響Fig.4

EffectofloadingamountofMnOOHoncatalyticperformanceofMnOOH@g-C3N42.2

MnOOH@g-C3N4活化PMS降解苯酚的性能為了探究MnOOH與g-C3N4復合后對活化PMS降解苯酚的影響，本文選用g-C3N4和MnOOH在相同條件下進行對照實驗，結果如圖5所示。結果表明MnOOH@g-C3N4/PMS體系在30min內可以實現對苯酚的完全降解。催化劑投加量為0.5g/L；PMS濃度為1.25mmol/L；苯酚濃度為23.5mg/L；室溫；無pH調整曲線1～4分別為PMS、g-C3N4+PMS、MnOOH+PMS、MnOOH@g-C3N4+PMS圖5

不同反應體系對苯酚的降解效果Fig.5

Degradationofphenolbydifferentreactionsystems2.3

各反應參數對MnOOH@g-C3N4催化性能的影響本文考察了MnOOH@g-C3N4投加量、PMS濃度、溶液初始pH以及溫度對MnOOH@g-C3N4/PMS體系降解苯酚的影響,結果顯示隨著催化劑投加量的增加，苯酚的去除率也隨之提升。3MnOOH@g-C3N4穩定性的考察3.1

無機陰離子對MnOOH@g-C3N4催化性能的影響本文考察了Cl-、NO3-、HCO3-以及H2PO4-這4種無機陰離子對MnOOH@g-C3N4/PMS降解苯酚性能的影響，結果如圖6所示，10mmol/L的4種陰離子對該體系降解苯酚均表現出輕微的抑制作用。催化劑投加量為0.5g/L；PMS濃度為1.25mmol/L；苯酚濃度為23.5mg/L；室溫；無pH調整；各陰離子濃度為10mmol/L曲線1～5分別為不加陰離子、Cl-、NO3-、HCO3-、H2PO4-圖6

各無機陰離子對苯酚降解的影響Fig.6

Influencecurveofinorganicanionsonphenoldegradation3.2

MnOOH@g-C3N4穩定性的測試如圖7所示本文通過連續的5輪重復性實驗對MnOOH@g-C3N4的穩定性進行了考察。催化劑投加量為0.5g/L；PMS濃度為1.25mmol/L；苯酚濃度為23.5mg/L；室溫；無pH調整圖7

MnOOH@g-C3N4的重復性測試Fig.7

ReproducibilitytestofMnOOH@g-C3N44MnOOH@g-C3N4催化活化PMS機理的考察本文通過捕獲實驗來研究降解過程中起主要作用的ROS，實驗結果如圖8所示。使用甲醇(Meth)、叔丁醇(TBA)、對苯醌(PBQ)、L-組氨酸(L-His)以及二甲基亞砜(DMSO)分別對SO4·-、·OH、O2·-、1O2以及高價金屬氧物種MnⅤ(O)/MnⅣ(O)進行捕獲。催化劑投加量為0.5g/L；PMS濃度為1.25mmol/L；苯酚濃度為23.5mg/L；室溫；無pH調整曲線1～6分別為不添加、50mmol/LMeth、50mmol/LTBA、5mmol/LPBQ、5mmol/LL-His、1mmol/LDMSO圖8

自由基捕獲實驗Fig.8

Freeradicalcaptureexperiment5結論1

本文成功制備了MnOOH@g-C3N4復合催化劑并應用于活化PMS降解苯酚，表現出優良的降解性能。2

MnOOH負載量為50wt%，MnOOH@g-C3N4投加量為0.5g/L，PMS濃度為1.25mmol/L，在弱酸性(pH5)或