Enhanced ozonation of polystyrene nanoplastics in water with CeOx@MnOx catalyst

聚苯乙烯 催化作用 化学 化学工程 核化学 环境化学 有机化学 聚合物 工程类
作者
Yu Li,Chuanming Zhang,Chun-Yang Shen,Guangming Jiang,Baohong Guan
出处
期刊:Environmental Research [Elsevier BV]
卷期号:220: 115220-115220 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.envres.2023.115220
摘要

The nanoplastics released into the environment pose a critical threat to creatures, and thus it is necessary to remove them. However, their natural decomposition usually takes years or even decades, which raises an imminent demand for an efficient removal technology. Herein we report a core-shell CeOx@MnOx catalyst for enhancing ozonation of polystyrene nanoplastics in water. Ozonation achieves 31.67% molecular weight removal of polystyrene nanoplastics in the first 10 min reaction, which is increased to 51.67% in catalytic ozonation by MnOx and further improved to 73.33% in catalytic ozonation via CeOx@MnOx. The remarkable thing is the CeOx@MnOx could achieve almost 96.70% molecular weight removal after 50 min reaction. The specific catalytic mechanism is ozone decomposes into reactive oxygen radicals (•OH, •O2- and 1O2) after capturing electrons from MnOx, improving the polystyrene nanoplastics removal. Meanwhile, the Mn averaged valence state increases, making it harder to donate electrons to ozone. This can be alleviated by encapsulating the CeOx core in the MnOx, enabling electrons replenishment from the CeOx core to the MnOx shell, which is verified by the experiment and density functional theory calculations. The repeated experiment demonstrates the CeOx@MnOx possesses excellent stability, maintaining 95.25-96.70% removal efficiency of polystyrene nanoplastics. This research provides a possibility for the efficient removal of nanoplastics in water.
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