Nanoconfined catalytic membrane assembled by nitrogen-doped carbon encapsulating Fe-based nanoparticles for rapid removal of 2,4-dichlorophenol in wastewater by peroxymonosulfate activation

过硫酸盐 化学 催化作用 化学工程 废水 纳米颗粒 电子转移 传质 无机化学 有机化学 色谱法 环境工程 生物化学 工程类
作者
Taigang Ma,Hejun Ren,Meijun Liu,Rui Zhou
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:466: 133523-133523 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133523
摘要

Surface-dependent non-radical oxidation of carbon materials-based persulfate systems show a better application prospect in the removal of pollutants in complex wastewater. However, their potential is severely limited by the restricted liquid-to-solid mass transfer efficiency of conventional suspension systems. In this paper, a nitrogen-doped carbon encapsulating iron-based nanoparticles (Fe@NC) was prepared, and loaded onto a polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane to construct a novel catalytic membrane Fe@NC/PVDF. The Fe@NC/PVDF/PMS system could achieve 99.74% of 2,4-dicholophenol (2,4-DCP) removal within a retention time of 0.867 s, the kinetic constant is 840 times higher than that of Fe@NC/PMS system, and 2–5 orders of magnitude higher than that of various reported advanced oxidation processes systems. The system exhibits strong anti-interference to various water matrices, long-time operational stability at high flux (306 L·m−2·h−1), universality to pollutants that do not contain strong electron-withdrawing groups and mitigation of membrane fouling. Mechanism studies indicate that the electron transfer pathway dominates the 2,4-DCP removal, and singlet oxygen (1O2) plays an auxiliary role. The higher mass transfer efficiency of the filtration mode releases the full potential of the non-radical pathway. This paper provides theoretical and technical support for the development and efficient utilization of carbon-based materials with excellent persulfate catalytic properties.
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