Nonradical-dominated peroxydisulfate activation by nitrogen-rich hierarchical porous graphite carbon for efficient degradation of tetracycline

过氧二硫酸盐 催化作用 吸附 化学 碳化 降级(电信) 双功能 化学工程 碳纤维 无机化学 石墨 有机化学 材料科学 电信 复合数 计算机科学 工程类 复合材料
作者
Zhoujie Pi,Kejun Hou,Fubing Yao,Liping He,Shengjie Chen,Yukui Fu,Xiaoming Li,Qi Yang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:196: 736-748 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.05.027
摘要

A nitrogen(N)-rich hierarchical porous graphite carbon (NHC) was synthesized at different hydrothermal carbonization temperature (400, 600 and 800 °C) using a template-free and solvent-free method. The as-prepared materials possessed perfect bifunctional performance for tetracycline (TC) removal via synergistic adsorption and catalytic activation of peroxydisulfate (PDS). The carbonization temperature had a significant effect in the material structure and property adjustment. The carbonaceous material prepared at 800 °C (NHC-800) showed optimal adsorption and catalytic activation of PDS efficiency with 451.62 mg/g maximum TC adsorption capacity and 69.5% TC mineralization rate within 180 min. The pseudo-first-order rate constant for NHC-800 (0.0406 min−1) was 111.54-folders higher than NHC-400 (3.6400 × 10−4 min−1). Moreover, the NHC-800/PDS system had a good anti-interference ability to pH, inorganic anions and humic acid. The investigation of catalytic mechanism revealed that the nonradical process governed PDS activation process with defective edges, CO, graphitic N and pyridinic N as the active redox sites, while the large surface area of NHC-800 or the activated C(+) supported the adsorption of pollutants or PDS, further facilitated the electron-transfer process. Finally, the possible degradation pathway was proposed and the acute toxicity of degradation intermediates was assessed. This study not only provides a facile route for the synthesis carbonaceous materials, but also gives a detailed insight in N species and other reactive sites of carbonaceous materials in adsorption and catalytic degradation process.
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