Incorporation of N-doped biochar into submicron zero-valent iron for efficient peroxydisulfate activation in soil remediation: Performance and mechanism

生物炭 过氧二硫酸盐 环境修复 电子转移 催化作用 化学 解吸 化学工程 吸附 零价铁 纳米复合材料 材料科学 光化学 纳米技术 有机化学 污染 生态学 热解 工程类 生物
作者
Xinhua Wang,Peng Huang,Peng Zhang,Cuiping Wang,Hanzhong Jia,Hongwen Sun
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:482: 148832-148832 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148832
摘要

The development of strategic methods to enhance the catalytic reactivity and electron efficiency of biochar-modified zero-valent iron (BC-ZVI) via mechanochemistry is highly important and desirable for the use of peroxydisulfate-based advanced oxidation processes (PDS-AOPs) in soil remediation. Herein, novel amphiphilic ball-milled N-doped biochar-ZVI composites (NBC-ZVIbm) were fabricated to activate PDS for efficient pyrene degradation in soil. The N-doped site- and alloying heterojunction-induced surface charge redistribution, directional electron transfer, and amphiphilicity of NBC-ZVIbm were verified, all of which improved the interactions among NBC-ZVIbm, PDS and pyrene. Specifically, NBC incorporation optimized PDS oxidation and pyrene adsorption on NBC-ZVIbm, forming a reaction center that efficiently accelerated the reaction. As a result, 95.5 % of 98.3 mg/kg pyrene in soil was degraded by NBC-ZVIbm/PDS within 7 d, which was 2.3 and 1.5 times greater than that of ball-milled ZVI and BC-ZVIbm, respectively; additionally, the electron efficiency of this process increased to 85.2 %. Characterization of the reaction process suggested that NBC incorporation induced directional electron transfer from ZVI to NBC for PDS activation and SO4•- generation. Subsequently, the amphiphilicity of NBC-ZVIbm promoted soil phase-pyrene desorption and migration, thereby increasing pyrene degradation. This NBC-incorporation method provides a strategy for constructing highly efficient ZVI-based catalysts for the use of PDS-AOPs in soil remediation.
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