Electrocatalytic Perchlorate Reduction Using an Oxorhenium Complex Supported on a Ti4O7 Reactive Electrochemical Membrane

化学 催化作用 高氯酸盐 无机化学 电化学 水溶液 氯化物 选择性 反应速率常数 电催化剂 动力学 离子 有机化学 电极 物理化学 物理 量子力学
作者
Soroush Almassi,Changxu Ren,Jinyong Liu,Brian P. Chaplin
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (5): 3267-3276 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c08220
摘要

An organometallic rhenium catalyst was deposited on a Ti4O7 reactive electrochemical membrane (Re/REM) for the electrocatalytic reduction of aqueous ClO4- to Cl-. Results showed increasing ClO4- reduction upon increasing cathodic potential (i.e., -0.4 to-1.7 V/SHE). A 5 mM ClO4- solution was reduced by ∼21% in a single pass (residence time ∼0.2 s) through the Re/REM at a pH of 7, with >99% Cl- selectivity and a current efficiency of ∼100%. Kinetic analysis indicated that the reaction rate constant increased from 3953 to 7128 L h-1 gRe-1 at pH values of 9 to 3, respectively, and was mass transport-limited at pH < 5. The rate constants were 2 orders of magnitude greater than reported values for an analogous catalytic system using hydrogen as an electron donor. A continuous flow Re/REM system reduced 1 ppm ClO4- in a groundwater sample by >99.9% for the first 93.5 h, and concentrations were lower than the EPA ClO4- guideline (56 ppb) for 374 h of treatment. The fast ClO4- reduction kinetics and high chloride selectivity without the need for acidic conditions and a continual hydrogen electron donor supply for catalyst regeneration indicate the promising ability of the Re/REM for aqueous electrocatalytic ClO4- treatment.
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