Catalyst-free activation of permanganate under visible light irradiation for sulfamethazine degradation: Experiments and theoretical calculation

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作者
Chen Zhang,Suhong Tian,Fanzhi Qin,Yali Yu,Danlian Huang,Abing Duan,Chengyun Zhou,Yang Yang,Wenjun Wang,Yin Zhou,Hanzhuo Luo
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:194: 116915-116915 被引量:188
标识
DOI:10.1016/j.watres.2021.116915
摘要

In this study, visible light (VL) was adopted for permanganate (PM) activation without additional catalyst, where sulfamethazine (SMT) was selected as the probe compound. Experiment results showed that the VL/PM system can effectively degrade SMT through pseudo-first-order reaction kinetics. Influencing factors including PM dosage, solution pH, humid acid (HA) and coexisting anions (CO32-, SO42-, Cl- and NO3-) which affect SMT photo-degradation were also examined. Pyrophosphate (PP) had an inhibitory effect on SMT degradation due to the complexation of PP with Mn (III). Electron spin resonance (ESR) spectrometry and UV-Vis spectrophotometer proved that VL can activate PM to generate ·O2- and Mn (III) reactive species. Furthermore, based on the active site prediction, intermediates identification and Density Functional Theory (DFT) calculation, two main degradation pathways involving SMT molecular rearrangement and cleavage of S-N bond were proposed. Moreover, the energy barriers of the two degradation pathways were also calculated. This study offers a novel approach for aqueous SMT removal and deepens our understanding of the degradation mechanism of SMT through DFT calculation, which hopes to shed light on the future development of VL/PM treatment.
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