Synergetic Hydroxyl Radical Oxidation with Atomic Hydrogen Reduction Lowers the Organochlorine Conversion Barrier and Potentiates Effective Contaminant Mineralization

化学 激进的 矿化(土壤科学) 氧化还原 电泳剂 羟基自由基 光化学 废水 催化作用 环境化学 无机化学 氮气 有机化学 环境工程 环境科学
作者
Jun Zhang,Gong Zhang,Huachun Lan,Jiuhui Qu,Huijuan Liu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (5): 3296-3304 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acs.est.0c07271
摘要

For effective treatment and reuse of wastewater, removal of organochlorines is an important consideration. Oxidation or reduction of these compounds by one-component free radicals is difficult because of the high-energy barrier. Theoretical calculations predict that redox synergy can significantly lower the energy barriers. Hence, we developed an energy-efficient dual photoelectrode photoelectrochemical system wherein the oxidized and reduced radicals coexist. Taking p-chloroaniline as an example, the atomic hydrogen first initiates nucleophilic hydrodechlorination to form a critical intermediate followed by the electrophilic oxidation of the hydroxyl radical; the process shows stable free-energy changes. Compared to oxidation alone, the reaction rate and mineralization in the redox synergy system were ∼4.5 and ∼2.1 times higher, respectively. Nitrogen was also completely removed via this system. The full life cycle assessment with power consumption as the boundary showed that the proposed system was sustainable and highly energy efficient, ensuring its application in organochlorine wastewater treatment.
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