pH-dependent generation of radical and nonradical species for sulfamethoxazole degradation in different carbon/persulfate systems

过硫酸盐 化学 激进的 吸附 降级(电信) 催化作用 动力学 电子转移 热解炭 光化学 猝灭(荧光) 无机化学 有机化学 荧光 热解 物理 电信 量子力学 计算机科学
作者
Jun Liang,Kexin Chen,Xiaoguang Duan,Ling Zhao,Hao Qiu,Xiaoyun Xu,Xinde Cao
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:224: 119113-119113 被引量:105
标识
DOI:10.1016/j.watres.2022.119113
摘要

The impacts of pH on purification efficiency can be phenomenal in advanced oxidation processes (AOPs), because solution pH affects persulfate (PS) activation processes. However, consensus has not been reached on the regimes of pH-regulated oxidation in persulfate-based AOPs (PS-AOPs). Particularly, the impacts of pH on carbon-catalyzed generation of radical and nonradical species remain unclear. In this work, we evaluated three typical carbonaceous materials including pyrolytic carbon (PC), activated carbon (AC), and carbon nanotube (CNT) to activate PS for sulfamethoxazole (SMX) degradation within a pH range from 4 to 9. The experiment revealed pH-dependent SMX removal in PC/PS, AC/PS, and CNT/PS, and the kinetics followed an order of pH 4 > pH 7 > pH 9. Solution pH simultaneously affected SMX adsorption and degradation, but the latter was more profound. Chemical quenching experiment, electrochemical measurement, kinetics calculation, and ATR-FTIR tests collectively revealed that high pH was not favorable for both radical and nonradical oxidation. In the PC/PS system, increased pH decreased the amount of phenolic -OH on PC surface, thereby restraining the generation of SO4•- and •OH due to the lack of electron donors. For AC/PS system, elevated pH hindered the interactions between AC and PS, thus suppressing the formation of surface-bound radicals. CNT/PS initiated an electron-transfer pathway, and increased pH reduced the oxidation potential of surface CNT-PS* complex, which was not favorable for nonradical oxidation of adsorbed pollutants. Therefore, outcomes of this work will advance the current knowledge on the intrinsic impacts of pH in PS-AOPs catalyzed by carbonaceous materials for wastewater purification.
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