Enhanced Fenton-like catalysis for pollutants removal via MOF-derived CoxFe3−xO4 membrane: Oxygen vacancy-mediated mechanism

催化作用 化学 双酚A 激进的 双金属片 无机化学 金属有机骨架 浸出(土壤学) 化学工程 有机化学 吸附 工程类 土壤科学 土壤水分 生物化学 环氧树脂 环境科学
作者
Wei Qu,Hailin Wen,Xinran Qu,Yifan Guo,Lingling Hu,Wei Liu,Shuanghong Tian,Chun He,Dong Shu
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:303 (Pt 3): 135301-135301 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2022.135301
摘要

Traditional batch configuration is not sustainable due to catalyst leaching and ineffective recovery. Herein, a novel membrane-based catalyst with oxygen vacancies is developed, which assembled metal-organic-framework cobalt ferrite nanocrystals (MOF-d CoxFe3-xO4) on polyvinylidene fluoride membrane to activate peroxymonosulfate (PMS) for catalytic degradation of emerging pollutants. MOF-d CoxFe3-xO4 are synthesized by one-step pyrolysis using Co/Fe bimetallic organic frameworks (CoxFe3-x bi-MOF) with tunable cobalt content as a template (x/3-x represented the molar ratio of Co and Fe in MOF). Intriguingly, MOF-d Co1.75Fe1.25O4 membrane exhibits excellent PMS activation efficiency as indicated by 95.12% removal of the probe chemical (bisphenol A) at 0.5 mM PMS (∼100 L m-2 h-1 at the loading of 10 mg), which is significantly higher than the traditional Co1.75Fe1.25O4 suspension system (34.16%). Experimental results show that the membrane has excellent anti-interference ability to anions and dissolved organic matter, and can effectively degrade a variety of emerging pollutants, and its performance is not inhibited by the change of solution pH (3-9) or the long-term (20 h) continuous flow operation. EPR and quenching experiments show that catalytic degradation is the result of the synergistic effect of radicals and non-radicals. The oxygen vacancy-mediated mechanism can explain the formation of active substances, and the formation of 1O2 plays an important role in the degradation of bisphenol A. This study provides a membrane-based strategy for effective and sustainable removal of emerging pollutants.
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