Nano-confined catalysis with Co nanoparticles-encapsulated carbon nanotubes for enhanced peroxymonosulfate oxidation in secondary effluent treatment: Water quality improvement and membrane fouling alleviation

结垢 催化作用 流出物 超滤(肾) 化学 碳纳米管 纳米颗粒 水处理 化学工程 膜污染 色谱法 有机化学 环境工程 环境科学 生物化学 工程类
作者
Peijie Li,Daliang Xu,Yunfei Gao,Peng Liu,Zihan Liu,Junwen Ding,Junyong Zhu,Heng Liang
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:266: 122357-122357 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.122357
摘要

Despite widespread deployment and investigation of ultrafiltration (UF) for secondary effluent purification, the challenge of membrane fouling due to effluent organic matter (EfOM) remains formidable. This study introduced a novel pretreatment method utilizing Co nanoparticles-encapsulated carbon nanotubes activated peroxymonosulfate (Co@CNT/PMS) to degrade EfOM and mitigate membrane fouling. Characterization of Co@CNT revealed the efficient encapsulation of Co nanoparticles within nanotubes, which notably enhanced the catalytic degradation of bisphenol A and typical organics. The tube-encapsulated structure increased the concentration of reactive species within the confined nanoscopic space, thereby improving the probability of collisions with pollutants and promoting their degradation. The Co@CNT/PMS pretreatment led to substantial reductions in aromatic compounds, fluorescent components, and both high and middle molecular weight substances. These changes proved crucial in diminishing the fouling potential in subsequent UF processes, where reversible and irreversible fouling resistances decreased by 97.1 % and 72.8 %, respectively. The transition volume from pore blocking to cake filtration markedly increased, prolonging the formation of a dense fouling layer. Surface properties analysis indicated a significant reduction of pollutants on membrane surfaces after the Co@CNT/PMS pretreatment. This study underscored the efficacy of confinement-based advanced oxidization pretreatment in enhancing UF performance, presenting a viable resolution to membrane fouling.
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