Catalytic propensity of biochar decorated with core-shell nZVI@Fe3O4: A sustainable photo-Fenton catalysis of methylene blue dye and reduction of 4-nitrophenol

生物炭 催化作用 硝基苯酚 4-硝基苯酚 亚甲蓝 化学工程 化学 选择性催化还原 光催化 光化学 壳体(结构) 材料科学 核化学 有机化学 工程类 复合材料 热解
作者
Arshid Bashir,Altaf Hussain Pandith,Aaliya Qureashi,Lateef Ahmad Malik,M. Ulum A. Gani,Jaime Moreno-Pérez
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier]
卷期号:10 (3): 107401-107401 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.jece.2022.107401
摘要

The zerovalent iron nanoparticles (nZVI) tend to agglomerate, therefore, exhibit reduced adsorption and catalytic activity. To overcome this, we decorate novel peach skin-derived fibrous biochar (FBC) with spherical nZVI to develop a sustainable and more robust nano-catalytic material. The nanocatalyst material, hereafter nZVI-FBC was well characterized by FTIR, XRD, TGA, SEM, FE-SEM, TEM, HR-TEM, and XPS analysis. Furthermore, XRD, HR-TEM, and XPS analysis rationalize the surface passivation of nZVI to form nZVI@Fe3O4 core-shell nanostructure. We applied nZVI-FBC particles for the superior photo-Fenton degradation of methylene blue (MB) dye and catalytic reduction of 4-nitrophenol (4-NP) as model contaminants. At optimum batch conditions, temp= 25 oC,initial MB concentration= 20 mgL-1,and pH= 4.5 ± 0.3,the photo-Fenton degradation of MB obey pseudo-first-order kinetic model with a qe,exp value of 19.94 mgg-1. The LC-MS analysis confirms mineralization of MB and ESR studies demonstrate the presence of HO radical as a principal reactive oxygen species (ROS). Furthermore, the cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) studies rationalize the pseudo-capacitive nature of the nanocatalyst with biochar component acting as an electron-donating framework. The-nZVI-FBC exhibit a superfast and superior catalytic performance for the reduction of 4-NP to 4-aminophenol. The nZVI-FBC shows excellent stability and reusability over multiple catalytic cycles.
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