2D/2D heterojunctions for rapid and self-cleaning removal of antibiotics via visible light-assisted peroxymonosulfate activation: Efficiency, synergistic effects, and applications

异质结 可见光谱 光催化 催化作用 化学 氧化物 光降解 废水 污水处理 化学工程 材料科学 光化学 环境化学 光电子学 环境工程 有机化学 环境科学 工程类
作者
Bin-Bin Zhang,Chang‐Wei Bai,Xin‐Jia Chen,Yi-Jiao Sun,Qi Yang,Fei Chen
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:468: 133816-133816 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133816
摘要

Developing eco-friendly and efficient technologies for treating antibiotic wastewater is crucial. Traditional methods face challenges in incomplete removal, high costs, and secondary pollution. Heterogeneous peroxymonosulfate (PMS) activation assisted by visible light shows promise, but suitable activators remain a huge challenge. Here, we synthesized cost-effective carbon nitride/bismuth bromide oxide (CN/BiOBr) heterojunctions. Such a heterojunction achieved rapid PMS activation, achieving over 90.00% tetracycline (TC) removal only within 1 min (kobs of 2.23 min−1), surpassing previous systems by nearly 1–2 orders of magnitude and even remarkably superior to the popular single-atom catalysts. The system exhibited self-cleaning properties, maintaining activity after 8 cycles and stability across a wide pH range (3.01 to 9.03). Quenching experiments and theoretical calculations elucidated the exclusive •O2- species involvement and removal pathways. Eco-toxicity assessment and total organic carbon results confirmed simultaneous degradation, detoxification, and mineralization. This system also showed excellent resistance to environmental factors, e.g., coexisting anions, varying pH, and water sources, and demonstrated potential in coking and medical wastewater purification. This study presents a novel technique for rapidly decontaminating antibiotic wastewater through visible light-assisted PMS activation and introduces innovative bionic catalytic oxidation combining light and darkness for practical applications.
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