Copper-Enhanced Coupling Adsorption and In Situ Fenton-Like Oxidation of Organic Pollutants in Batch and Fixed-Bed Systems: Sustainable Fe and Cu Dual-Site Redox Cycling

吸附 化学 氧化还原 催化作用 浸出(土壤学) 污染物 原位 化学工程 腐植酸 动力学 介孔材料 金属 协同催化 无机化学 废水 环境化学 水溶液中的金属离子 降级(电信) 多相催化 矿化(土壤科学) 催化氧化 化学动力学
作者
Chao Jiang,Xinyao Deng,Ling Meng,Chuansen Hu,Xu Tian,Hui Li,Rong Jiang,Yongjun Feng
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:60 (15): 11797-11808 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.est.6c03753
摘要

Low-concentration organic pollutants (e.g., antibiotics) challenge conventional Fenton oxidation due to slow kinetics and matrix interference. Herein, a Cu-doped natural iron-containing attapulgite (Cu-ATP) with dual Fe–Cu active sites was developed for synergistic adsorption and in situ Fenton-like oxidation. The optimized Cu-ATP 2/3 exhibited a high adsorption capacity (96.36 mg g –1 ) toward tetracycline hydrochloride (TCH) and enhanced oxidation kinetics (apparent rate constant: 0.0143 min –1 ), outperforming many reported metallic catalysts. Mechanistic results indicate that Cu incorporation improves the mesoporous structure for pollutant enrichment and promotes the Fe(III)/Fe(II) redox cycle via electronic modulation. Meanwhile, the Cu(II)/Cu(I) cycle, driven by H 2 O 2 and • O 2 H, sustains catalytic activity, while • OH adsorbed on the surface achieves in situ Fenton oxidation of pollutants. The Cu-ATP/H 2 O 2 system operates over a wide pH range (3.3–9.7) and shows strong resistance to coexisting ions (e.g., Cl –, NO 3 –, SO 4 2–, and H 2 PO 4 – ) and humic acid. Continuous fixed-bed experiments demonstrated stable TCH removal (>85% over 250 L) with negligible metal leaching (<1 mg L –1 ). This work establishes a Cu-enhanced dual-site redox cycle strategy for coupled adsorption–oxidation, offering actionable mechanistic insights for designing high-efficiency, sustainable catalysts and underscoring the practical viability of integrated adsorption–oxidation systems for real wastewater remediation.
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