Cyanide-Isolated Cobalt Catalyst for Ultraefficient Advanced Oxidation Treatment

催化作用 矿化(土壤科学) 污染物 化学 激进的 化学工程 多相催化 水处理 无机化学 环境工程 有机化学 环境科学 工程类 生物化学 氮气
作者
Jianfeng Zheng,Shuo Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (14): 6444-6454 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c00601
摘要

Catalyst design with a "Co-N-C" structure at the atomic level has shown great interest for peroxymonosulfate (PMS) activation toward advanced oxidation water treatment. Here, we present an innovative way of producing cobalt hexacyanocobaltate (Co-HCC) with an abundance of atomically isolated CoII-NC sites at the outer surface. This material allows ultraefficient PMS activation to generate plenty of sulfate and hydroxyl radicals, with a turnover frequency much higher than those of most cobalt-based catalysts reported so far and even the homogeneous catalysis by Co2+ ions. We gained fundamental insights on its unprecedently high catalytic performance based on experimental results and computational study. Then, we controlled the growth of Co-HCC on a ceramic membrane to form a confined oxidation environment that utilizes the extended surface area and maximal exposure of short-lived radicals for a fast removal of organic pollutants that enter the pores. As a result, this catalytic membrane achieves complete disruption of micropollutants under a water flux up to 10,000 LMH (merely 0.2 s retention time) and further >90% mineralization of organic pollutants in complex industrial wastewater matrices (<100 s retention time), together with the merits of operational simplicity and great longevity (2 weeks continuous run). Our study elicits a new milestone in "Co-N-C" catalyst structure design for PMS activation and highlights the great interest of producing catalytic membranes for a confined treatment of organic pollutants from partial oxidation to complete mineralization as a new benchmark.
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