A versatile nanocomposite Fe0@SiO2@CaO2 for reductive, oxidative, and coagulation removal of organic and inorganic contaminants from water

化学 纳米复合材料 凝结 氧化磷酸化 零价铁 环境化学 化学工程 污染 吸附 材料科学 有机化学 纳米技术 生物化学 心理学 生态学 精神科 工程类 生物
作者
Yanlong Wang,Jiang Xu,Kun Yang,Daohui Lin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:454: 140048-140048 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140048
摘要

Water scarcity is one of the most pressing global challenges and limits economic and social development. Multiple processes of current technologies for water purification are needed to meet water quality objectives due to their contaminant-specific removal capability. Here, we developed Fe0@SiO2@CaO2 nanocomposite with three layers of core–shell structure that could achieve an array of water contaminants removal by oxidation, reduction, and flocculation. >99 % of 50 mg/L tetracycline, 20 mg/L pentachlorophenol, 450 mg/L Cd(Ⅱ), 20 mg/L Cr(Ⅵ), or 80 mg/L P (in form of PO43−) was removed by 2 g/L Fe0@SiO2@CaO2 in 24 h. Moreover, Fe0@SiO2@CaO2 (2 g/L) showed an excellent performance in turbidity removal (239 mg/L kaolinite suspension, removal rate > 99 %) and water decolorization (50 mg/L humic acid, removal rate > 93 %). Cd(II) and Cr(VI) could be reduced to Cd(0) and Cr(III), respectively, through electronic reduction reactions using Fe0 and •H, which is formed during the reaction Fe0 + 2H+→2•H + Fe2+; Cd(Ⅱ) and the formed Cr(III) could coprecipitate with the formed orthosilicic acid and OH−. The removal of P was mainly resulted from the coordination with released Ca2+ and iron compounds. Charge neutralization by nanocomposite and coagulation with the products from nanocomposite transformation were responsible for the kaolinite removal. Reduction by •H and Fe0, oxidation by •OH derived from the Fenton reaction, and/or coagulation accounted for the organic contaminant removal. This work provides a novel material that can be used to simultaneously remove a range of contaminants in wastewater treatment.
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