A self-driven solar coupling system with TiO2@MXene cathode for effectively eliminating uranium and organics from complex wastewater accompanying with electricity generation

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作者
Lulin Guo,Yilin Liu,Qingming Zeng,Chao Zhang,Yanjun Wen,Qingyan Zhang,Guolong Tang,Qingsong Zhang,Qingyi Zeng
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:465: 133415-133415 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133415
摘要

The inevitable organic matters in radioactive wastewater and contaminated waters pose great challenge in uranium recycling by traditional techniques. Here, a self-driven solar coupling system (SSCS), which was assembled by a TiO2 @MXene/CF cathode and a monolithic photoanode, was proposed for synergistically recycling uranium and degrading organics from complex radioactive wastewater, combining with electricity production. The TiO2 @MXene/CF was prepared via a simple annealing process with in-situ derived TiO2 nanoparticles decorated Ti3C2 MXene coated on carbon felt (CF). Under sunlight illumination, the photoanode captured electrons of organics, and drove electrons to the TiO2 @MXene/CF, which exhibited an exceptional UO22+ adsorption and reduction capacity because TiO2 nanoparticles provided plenty of surface hydroxyl groups for UO22+ adsorption, and the unique two-dimensional MXene facilitated the charge transfer. The SSCS with TiO2 @MXene/CF removed almost 100% UO22+ and organics with rate constants of ∼21 and ∼6.9 times those of the system with CF, accompanying with excellent power output (∼1000 μW·cm−2). The fixed uranium on TiO2 @MXene/CF was effectively reduced into insoluble UO2 (91.1%), and no obvious decay was observed after 15 repeated uses. This study proposes a multi-functional and easy-operated way for remediating radioactive wastewater and contaminated waters, and gives valuable insights in designing cathode materials for uranium reduction.
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