Paint sludge derived activated carbon encapsulating with cobalt nanoparticles for non-radical activation of peroxymonosulfate

化学 催化作用 活性炭 单线态氧 钴 纳米颗粒 化学工程 吸附 无机化学 氧气 有机化学 工程类
作者
Chaofa Chen,Zhixing Wang,Zhixing Wang,Weiting Ren,Silva Khairunnisa,Peiyuan Xiao,Lining Yang,Feng Chen,Xi‐Lin Wu,Jianrong Chen
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:658: 209-218 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.12.079
摘要

Industrial solid waste management and recycling are important to environmental sustainability. In this study, cobalt (Co) nanoparticles encapsulated in paint sludge-derived activated carbon (AC) were fabricated. The Co-AC possessed high conductivity, magnetic properties and abundant metal oxide impurities (TiAlSiOx), which was applied as multifunctional catalyst for peroxymonosulfate (PMS) activation. Compared to pure AC, the Co-AC exhibited significant enhanced performance for degradation of tetracycline hydrochloride (TCH) via PMS activation. Mechanism studies by in situ Raman spectroscopy, Fourier infrared spectroscopy, electrochemical analysis and electron paramagnetic resonance suggested that surface-bonded PMS (PMS*) and singlet oxygen (1O2) are the dominant reactive species for TCH oxidation. The non-radical species can efficiently oxidize electron-rich pollutants with high efficiency, which minimized the consumption of PMS and the catalyst. The removal percentages of TCH reached 97 % within 5 min and ∼ 99 % within 15 min in the Co-AC/PMS system. The Co active sites facilitated PMS adsorption to form the PMS* and the TiAlSiOx impurities provided abundant oxygen vacancy for generation of the 1O2. In addition, the Co-AC/PMS system achieved high efficiency and stability for oxidation of the target pollutants over a long-term continuous operation. This work not only offers a cost-effective approach for recycling industrial waste but also provides new insights into the application of waste-derived catalyst for environmental remediation.
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