Boron Bifunctional Catalysts for Rapid Degradation of Persistent Organic Pollutants in a Metal-Free Electro-Fenton Process: O2 and H2O2 Activation Process

双功能 催化作用 化学 双功能催化剂 吸附 多相催化 金属 无机化学 降级(电信) 碳纤维 材料科学 有机化学 复合数 电信 计算机科学 复合材料
作者
Xu Chen,Lida Wang,Wen Sun,Zhengqing Yang,Jingjing Jin,Yapeng Huang,Guichang Liu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (41): 15693-15702 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c02877
摘要

Metals usually served as the active sites of the heterogeneous bifunctional electro-Fenton reaction, which faced the challenge of poor stability under acidic or even neutral conditions. Exploring a metal-free heterogeneous bifunctional electro-Fenton catalyst can effectively solve the above problems. In this work, a stable metal-free heterogeneous bifunctional boron-modified porous carbon catalyst (BTA-1000) was synthesized. For the BTA-1000 catalyst, the yield of H2O2 (294 mg/L) significantly increased. The degradation rate of phenol by BTA-1000 (0.242 min-1) increased by an order of magnitude, compared with the porous carbon catalyst (0.0105 min-1). The BTA catalyst could rapidly degrade industrial dye wastewater, and its specific energy consumption was 5.52 kW h kg-1 COD-1, lower than that in previous reports (6.38-7.4 kW h kg-1 COD-1). DFT and XPS revealed that C═O and -BC2O groups jointly promoted the generation of H2O2, and the -BCO2 group played dominant roles in the generation of •OH because the oxygen atom near the electron-giving groups (-BCO2 group) facilitated the formation of hydrogen bond and H2O2 adsorption. This work gained deep insights into the reaction mechanism of the boron-modified porous carbon catalyst, which helped to guide the development of metal-free heterogeneous bifunctional electro-Fenton catalysts.
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