Coincorporation of N and S into Zero-Valent Iron to Enhance TCE Dechlorination: Kinetics, Electron Efficiency, and Dechlorination Capacity

零价铁 脱氯作用 化学 电子 零(语言学) 动力学 无机化学 环境化学 有机化学 生物降解 吸附 量子力学 物理 哲学 语言学
作者
Li Gong,Xiaojiang Qiu,Dong Cheng,Yao Hu,Zaizhi Zhang,Qunsen Yuan,Dezhi Yang,Chengshuai Liu,Liyuan Liang,Feng He
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (23): 16088-16098 被引量:119
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c03784
摘要

Sulfidated zero-valent iron (S-ZVI) enhances the degradation of chlorinated hydrocarbon (CHC) in contaminated groundwater. Despite numerous studies of S-ZVI, a versatile strategy to improve its dechlorination kinetics, electron efficiency (εe), and dechlorination capacity is still needed. Here, we used heteroatom incorporation of N(C) and S by ball-milling of microscale ZVI with melamine and sulfur via nitridation and sulfidation to synthesize S-N(C)-mZVIbm particles that contain reactive Fe-NX(C) and FeS species. Sulfidation and nitridation synergistically increased the trichloroethene (TCE) dechlorination rate, with reaction constants kSA of 2.98 × 10-2 L·h-1·m-2 by S-N(C)-mZVIbm, compared to 1.77 × 10-3 and 8.15 × 10-5 L·h-1·m-2 by S-mZVIbm and N(C)-mZVIbm, respectively. Data show that sulfidation suppressed the reductive dissociation of N(C) from S-N(C)-mZVIbm, which stabilized the reactive Fe-NX(C) and reserved electrons for TCE dechlorination. In addition to lowering H2 production, S-N(C)-mZVIbm dechlorinated TCE to less reduced products (e.g., acetylene), contributing to the material's higher εe and dechlorination capacity. This synergistic effect on TCE degradation can be extended to other recalcitrant CHCs (e.g., chloroform) in both deionized and groundwater. This multiheteroatom incorporation approach to optimize ZVI for groundwater remediation provides a basis for further advances in reactive material synthesis.
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