Generation of high-valent iron-oxo porphyrin cation radicals on hemin loaded carbon nanotubes for efficient degradation of sulfathiazole

血红素 激进的 化学 卟啉 催化作用 光化学 碳纳米管 降级(电信) 单线态氧 无机化学 血红素 氧气 有机化学 纳米技术 材料科学 电信 计算机科学
作者
Sijing Chen,Zhen Li,Longsheng Wu,Lu Liu,Jing Hu,Huijie Hou,Sha Liang,Jiakuan Yang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:444: 130402-130402 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.130402
摘要

Hemin has attracted considerable interest as an efficient catalyst recently, however, its direct application is inefficient due to severe molecular aggregation. Immobilizing hemin on various supports is a feasible approach to address this issue. In this work, a CNTs-hemin catalyst was prepared by loading hemin onto multiwalled carbon nanotubes (CNTs) through ball milling. Compared with hemin, CNTs-hemin demonstrates remarkably enhanced performance in the peroxymonosulfate system, with a 650-fold improvement of apparent rate constant, reaching 97.8% degradation of sulfathiazole in 5 min. High-valent iron-oxo porphyrin cation ((Porp)+•FeIV=O) radicals are proposed as the dominant reactive species in the CNTs-hemin/peroxymonosulfate system instead of sulfate radicals (SO4•-), hydroxyl radicals (•OH), superoxide radicals (O2•-) and singlet oxygen (1O2). More in-depth mechanisms reveal that the strong electron transfer between CNTs and hemin promotes the generation of (Porp)+•FeIV=O radicals through a heterolysis pathway. This research enriches the understanding of the catalytic mechanism of supported biomimetic catalysts for PMS activation and provides a perspective on the role of support materials for catalytic activity.
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