Cathode-Introduced Atomic H* for Fe(II)-Complex Regeneration to Effective Electro-Fenton Process at a Natural pH

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作者
Xiaocheng Liu,Wenqiang Li,Yiran Wang,Guannan Zhou,Yixuan Wang,Chuan-Shu He,Gongming Wang,Yang Mu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (12): 6927-6936 被引量:81
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b00345
摘要

Promotion of iron solubility using ligands is the preliminary step in the homogeneous electro-Fenton (EF) process at a mild pH, but the chelate efficiencies of most organic ligands are unsatisfactory, resulting in insufficient Fe(II) availability. In this study, atomic H* was, for the first time, introduced to the EF process to accelerate the regeneration of the Fe(II)-complex at a mild pH using a Ni-deposited carbon felt (Ni-CF) cathode. The introduction of atomic H* significantly elevated total organic carbon (TOC) abatement of ciprofloxacin (CIP) from 42% (CF) to 81% (Ni-CF) at a natural pH. In the presence of humic acids (HAs), atomic H* introduced via Ni-CF enhanced the CIP degradation rate to 10 times that of the CF at a mild pH. The electron spin resonance (ESR), density functional theory (DFT) calculations, electrochemical characterization, and in situ electrochemical Raman study clearly demonstrated that the atomic H* generated from the Ni-CF cathode was highly efficient at reducing Fe(III)-complexes at a natural pH. Additionally, the Ni-CF could generate atomic H* without significant nickel leaching. Thus, the atomic H* could continuously facilitate iron cycling and, consequently, enhance pollutant mineralization via the homogeneous EF process at a mild pH in an environmentally friendly manner.
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