Biochar-Based Single-Atom Catalyst with Fe-N3O-C Configuration for Efficient Degradation of Organic Dyes by Peroxymonosulfate Activation

催化作用 生物炭 降级(电信) 材料科学 光化学 Atom(片上系统) 化学 无机化学 化学工程 有机化学 热解 电信 嵌入式系统 工程类 计算机科学
作者
Xueyan Xue,Nan Xue,Dandan Ouyang,Liuqian Yang,Yanan Wang,Hui Zhu,Aikelaimu Aihemaiti,Jiao Yin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (49): 57003-57014 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsami.3c12518
摘要

Iron single-atom catalysts (Fe SACs) hold great promise for peroxymonosulfate (PMS) activation and degradation of organic pollutants in wastewater. However, insights into crucial catalytic sites and activation mechanisms of biochar-based Fe SACs for PMS remain a challenge. Herein, cotton stalk-derived biochar-based Fe SACs (Fe SACs-BC) with an asymmetric Fe-N/O-C configuration were prepared, and their PMS activation and acid orange 7 (AO7) degradation mechanisms were investigated. The results showed that the removal efficiency of the Fe SACs-BC catalyst with Fe-N3O-C configuration for AO7 and other five investigated organic dyes reached 95-99% within 15 min. The EPR spectrums, quenching experiments, electrochemical analysis, masking experiments, XPS, and theoretical calculations indicated that degradations of organic dyes were dominated by singlet oxygen, which was generated by direct PMS conversion at the electron-deficient carbon and iron sites in the Fe-N3O-C configuration. The Fe SACs-BC/PMS exhibited high removal efficiency and strong tolerance in different water matrices with a wide pH range, various coexisting anions and interfering substances, showing great potential and applicability for efficient treatment of actual textile wastewaters.
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