DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.129168

本研究通过浸渍和原位沉淀法将Mn2O3纳米颗粒锚定在凹凸棒石（APT）纳米纤维的凹坑上，制备了催化陶瓷纳米纤维膜（Mn@CNMs）。采用Mn@CNM集成催化臭氧氧化/膜过滤工艺降解磺胺甲恶唑（SMX），在7小时连续过滤期间去除率高达81.3%。通过活性氧（ROS）猝灭和自由基检测实验确定了1O2、·OH和O2·-对SMX催化降解的贡献。此外，Mn@CNM对真实水基质表现出广泛的适用性，真实医院废水中各种新兴污染物的总去除率高达98.5%。Mn@CNM的优异性能归因于膜层中的纳米限制效应。首先，将Mn2O3纳米颗粒锚定在APT表面的凹坑上，抑制了纳米Mn2O3的生长和聚集，为催化臭氧氧化提供了丰富的反应位点。其次，交织的APT纳米纤维形成了纳米级网络结构，其中ROS和SMX被限制在附近区域，ROS有更多的机会攻击SMX。总体而言，这项工作为制备具有高催化效率的催化陶瓷膜以降解水中的新兴污染物提供了一种很有前景的策略。

图1.催化陶瓷纳米纤维膜的制备。

图2.xMn@CNMs的表征：（a）原始CNM、（b）0.025Mn@CNM、（c）0.05Mn@CNM和（d）0.1Mn@CNM的FE-SEM图像，（e）比表面积和总孔体积，（f）孔径分布和（g-h）XRD图谱。烧结温度为500℃。

图3.前体浓度对（a）O3分解和（b）SMX去除的影响。条件：烧结温度500℃，[SMX0]=20mg/L，[O3（aq）]inf=10.5mg/L，通量=35LMH，初始pH=6.8±0.2。

图4.0.05Mn@CNM在不同烧结温度下的表征：（a-c）Mn2O3纳米粒子的FE-SEM图像，（d）比表面积，（e）XRD图谱和（f）SMX去除。条件：[SMX0]=20mg/L，[O3（aq）]inf=10.5mg/L，通量=35LMH，初始pH=6.8±0.2。

图5.0.05Mn@CNM-500（a）表面和（b）横截面的FE-SEM，（c-d）0.05Mn@CNM-500表面的EDS，（e-f）0.05Mn@CNM横截面的EDS以及（g-h）0.05Mn@CNM-500的HRTEM图像。

图6.（a）浓度对SMX去除的影响，条件：[O3（aq）]inf=10.5mg/L，通量=35LMH，pH=6.8±0.2；（b）0.05Mn@CNM连续运行7小时后的稳定性，（c）真实水基质对SMX去除的影响，（d）0.05Mn@CNM对医院废水中各种ECs的降解性能。条件：通量=35LMH，[O3（aq）]inf=37mg/L。

图7.（a）CNM和0.05Mn@CNM的H2-TPR和（b）CV曲线，臭氧氧化前后（c）Mn2p和（d）O1s的XPS光谱。0.05Mn@CNM的烧结温度为500℃。

图8.（a）0.05Mn@CNM催化臭氧氧化系统中清除剂对smx去除的影响，条件：[SMX0]=20mg/L；[O3（aq）]inf=10.5mg/L，通量=35LMH，初始pH=6.8±0.2。（b）水中DMPO-·OH、（c）甲醇中TEMP-1O2和（d）水中DMPO-O2·-的EPR光谱。

图9.在0.05Mn@CNM催化臭氧氧化系统中SMX的可能去除机理示意图。