DOI: 10.3390/nano11102686

本研究开发了一种掺杂Co/CoOx纳米颗粒（NPs）的新型独立式氮掺杂碳纳米纤维（CNF）电极材料，以通过非均相电芬顿反应从废水中去除酸性橙7（AO7；羊毛染料）。首先，对聚丙烯腈（PAN）和醋酸钴溶液进行静电纺丝，随后在氮气气氛下对醋酸钴/PAN纳米纤维进行热碳化处理制备出自立式N掺杂CNF电极。研究了在有无Fe2+离子作为助催化剂的情况下，使用独立式N掺杂-CNFs-Co/CoOx电极基于电芬顿去除废水中的AO7。电化学分析表明，所制备的N掺杂-CNF-Co/CoOx电极在电化学氧化实验中显示出高稳定性，在酸性至近中性pH值（3和6）下具有出色的AO7（20mM）降解特性。使用25wt%Co/CoOx NPs负载N掺杂-CNF-Co/CoOx电极在10mA/cm2直流电流下电芬顿氧化40分钟，导致AO7溶液完全脱色，总有机碳（TOC）去除值在pH=3时为92.4%，在pH=6时为93.3%。总之，新开发的N掺杂-CNF-Co/CoOx电极是一种在生物处理前对废水进行预处理的有效替代技术。

图1.所示CNF电极的场发射扫描电子显微镜图像（FESEM）：（a）CNF；（b）CNF-Co3；（c）CNF-Co10；（d）CNF-Co20。（e）CNF-Co10中碳、氮、氧和钴的SEM-EDX元素映射。

图2.CNF-Co20电极的HR-TEM分析：（a）低倍率和（b）高倍率TEM显微照片；（c）SAED图谱；（d）TEM和元素映射；（e）TEM-EDX光谱。

图3.制备的独立电极的XRD谱：（a）XRD扫描；（b）44°附近111峰的高分辨率扫描。

图4.（a）制备的CNF-Co10电极的拉曼光谱和XPS光谱：（b）测量扫描；（c）C1s；（d）O1s；（e）Co2p；（f）N1s。

图5.所示电极的特征：（a）TGA曲线；（b）TG曲线；（c）VSM磁滞曲线。

图6.阴极材料对AO7降解的影响：（a）在反应过程中的不同时间点和（b）电解40分钟后。（c）电解40分钟后的TOC去除率（%）。条件：外加电流=10mA/cm2，电解质=50mM Na2SO4，AO7的初始浓度（C0）=0.1mM，pH值=3，反应温度=25℃。以0.20mM Fe2+作为电芬顿试剂，对CNFs-Fe（II）（一种纯CNF）进行测试。（d）制备的CNF-Co10电极的性能：经过10次电解循环（40分钟/循环）。条件：外加电流=10mA/cm2，电解质=50mM Na2SO4，AO7的初始浓度（C0）=0.1mM，pH=6，反应温度=25℃；（e）CNF-Co10电极在10次电解循环（40分钟/循环）后的XRD图谱；（f）CNF-Co10电极在0.5M H2SO4中12h期间的计时电流响应（j-t）测试。