研究表明，过渡金属-N掺杂的生物炭在激活过一硫酸盐（PMS）进行废水净化方面非常有效，这归功于其优异的吸附能力、电子转移效率和催化活性[1]。然而，为了将过渡金属和杂原子活性位点有效植入生物炭催化剂中，需要选择合适的生物质原料进行化学改性。传统的固体生物质原料难以溶解在溶剂中，因此它们的反应性官能团无法暴露在表面，难以与金属离子或杂原子试剂发生反应。幸运的是，天然树胶杂多糖（如桃胶）含有大量亲水性羟基，可以在水中形成溶胶或凝胶[2]。使用基于树胶的大分子作为基质，可以高效吸附过渡金属离子，并促进均匀的胶体分散体的形成，从而有效解决杂原子掺杂相关的问题。
桃胶（PG）是一种由桃树在受到机械损伤或感染疾病后分泌的胶状透明物质。研究表明，桃胶凝胶主要由大分子杂多糖组成，具有传统的食用和药用价值[3]。桃胶和聚乙烯亚胺（PEI）都是具有分支结构的大分子，它们可以通过氢键组装成超分子网络[4]。这种超分子网络含有大量的-OH和-NH₂基团，使其具有很强的亲水性。因此，PG/PEI超分子不仅可以形成稳定的水凝胶体系，而且丰富的-OH和-NH₂基团还可以与过渡金属离子结合，形成更稳定的M-PG/PEI凝胶体系。M-PG/PEI凝胶体系是制备金属-氮掺杂生物炭的理想前体。
目前，自然环境中经常检测到多种新兴有机化合物[5]。当抗生素通过农业径流、药物废物或人类排泄物进入水系统时，它们会促进耐抗生素细菌的发展。此外，环境中的抗生素会干扰水生生态系统，对在营养循环和水净化中起关键作用的微生物群落造成损害。如果不紧急采取措施规范抗生素的使用并改进废物管理，日益严重的耐药性危机可能会使常见感染变得致命，对全球健康构成严重威胁。氯喹磷酸盐（Resochin）是一种在发展中国家广泛用于治疗疟疾的抗生素。氯喹磷酸盐分子中的喹啉环结构非常稳定，传统的水处理方法难以有效降解它。有报道称，过渡金属钴具有出色的激活过一硫酸盐（PMS）的能力[6]。此外，它在处理含有难降解有机污染物的废水方面也显示出广阔的应用前景。例如，李等人使用含氮的Co-MOF作为前体制备了Co₃O₄/N掺杂的碳催化剂[7]。
在本研究中，我们的目标是将钴和氮的催化活性位点均匀掺入生物炭中，并在制备过程中控制钴元素的价态，从而制备出兼具吸附和降解新兴污染物能力的异质催化剂。首先，使用聚乙烯亚胺改性的桃胶水凝胶来络合Co²⁺，获得协调改性的桃胶水凝胶网络（Co²⁺-PEI-PG）。然后，以Co²⁺-PEI-PG为前体制备了含有Co⁰、CoO、Co₃O₄和N-石墨活性位点的多孔生物炭（Co-N-PGC）催化剂。表面带负电荷的Co-N-PGC生物炭能够通过表面和电荷相互作用有效吸附氯喹阳离子（CQ⁺）。Co-N-PGC-900/PMS体系在10分钟内可降解99%的CQ。机理研究表明，自由基途径（•OH, SO₄⁻）和非自由基途径（¹O₂）都对CQ的降解有显著影响。
