Simultaneous nanocatalytic surface activation of pollutants and oxidants for highly efficient water decontamination

过硫酸盐 污染物 人体净化 纳米材料基催化剂 矿化(土壤科学) 吸附 化学 催化作用 水处理 水污染物 饮用水净化 环境化学 化学工程 环境科学 废物管理 环境工程 有机化学 工程类 氮气
作者
Yingjie Zhang,Gui‐Xiang Huang,Lea R. Winter,Jie‐Jie Chen,Lili Tian,Shu‐Chuan Mei,Ze Zhang,Fei Chen,Zhiyan Guo,Rong Ji,Ye‐Zi You,Wen‐Wei Li,Xian‐Wei Liu,Han‐Qing Yu,Menachem Elimelech
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1): 3005-3005 被引量:473
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30560-9
摘要

Abstract Removal of organic micropollutants from water through advanced oxidation processes (AOPs) is hampered by the excessive input of energy and/or chemicals as well as the large amounts of residuals resulting from incomplete mineralization. Herein, we report a new water purification paradigm, the direct oxidative transfer process (DOTP), which enables complete, highly efficient decontamination at very low dosage of oxidants. DOTP differs fundamentally from AOPs and adsorption in its pollutant removal behavior and mechanisms. In DOTP, the nanocatalyst can interact with persulfate to activate the pollutants by lowering their reductive potential energy, which triggers a non-decomposing oxidative transfer of pollutants from the bulk solution to the nanocatalyst surface. By leveraging the activation, stabilization, and accumulation functions of the heterogeneous catalyst, the DOTP can occur spontaneously on the nanocatalyst surface to enable complete removal of pollutants. The process is found to occur for diverse pollutants, oxidants, and nanocatalysts, including various low-cost catalysts. Significantly, DOTP requires no external energy input, has low oxidant consumption, produces no residual byproducts, and performs robustly in real environmental matrices. These favorable features render DOTP an extremely promising nanotechnology platform for water purification.
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