High H2O2 selectivity and enhanced Fe2+ regeneration toward an effective electro-Fenton process based on a self-doped porous biochar cathode

生物炭 杂原子 选择性 催化作用 化学工程 阴极 氧化剂 多孔性 材料科学 矿化(土壤科学) 化学 热解 氮气 有机化学 复合材料 戒指(化学) 物理化学 工程类
作者
Zhipeng Luo,Mingtao Liu,Diyong Tang,Yao Xu,Honghua Ran,Jing He,Ke Chen,Jie Sun
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:315: 121523-121523 被引量:184
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121523
摘要

Cathode materials with high catalytic activity for H2O2 production and Fe2+ regeneration are essential to an efficient electro-Fenton process. Herein, we demonstrate a facile self-sacrificial template route to synthesize heteroatom-doped porous biochar. Owing to the created hierarchical porous structure and active defects, more generated oxygen functional groups (COOH/C–O–C) and modulated nitrogen dopants, the biochar cathode exhibits enhanced electrocatalytic activity. It achieves a high H2O2 selectivity (92%), facilitated Fe2+ regeneration, and an efficient H2O2 activation rate (82%). Various organic contaminants, including endocrine-disrupting chemicals, phenols, and antibiotics, can be effectively degraded with removal efficiencies of 98–100% within 15 min. The mineralization efficiencies achieve 83–100% with energy consumption of 0.87–1.07 kWh m−3. Moreover, the electro-Fenton system exhibits good stability and versatile applicability for organic pollutants remediation in different surface water matrices. This study offers valuable insights into the preparation of cost-effective cathode materials for an efficient electro-Fenton process.
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