In-situ active sites analysis of bifunctional metal-organic frameworks for coupled adsorption and electrochemical oxidation of PPCPs

双功能 药品和个人护理产品的环境影响 吸附 电化学 金属有机骨架 废水 化学 电催化剂 环境化学 化学工程 无机化学 有机化学 电极 催化作用 环境工程 环境科学 物理化学 工程类
作者
Shuchi Zhang,Wenhua Leng,Shufeng Zhang,Huijie Lü,Xinhua Xu,Zhengyang Zang,Donglei Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:486: 150322-150322 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150322
摘要

Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) pose a significant wastewater pollution concern. While electrochemical oxidation is promising, it struggles with slow mass transfer. To address this, we propose a novel strategy utilizing bifunctional metal–organic frameworks (MOFs) that couple an adsorbent with an electrocatalyst. The real active sites within iron-based MOFs responsible for the adsorption of PPCPs are MIL-101(Fe) molecules, while the in-situ formed active sites, α-FeOOH, accelerate the charge transfer under bias, contributing to the electrooxidation of PPCPs. The rapid destruction of adsorbed organics on the dual-functional electrode surface enables to release adsorption sites. This, in turn, paves the way for fast and efficient re-adsorption of PPCPs molecules, consequently promoting mass transfer. Iron-based MOFs exhibit excellent adsorption capacity (∼60 mg g−1 for sulfosalicylic acid, ∼15 mg g−1 for acetaminophen) and electrooxidation ability (94 % removal in 2 h, 31.2 kWh kg−1 COD) with good stability in realistic pharmaceutical wastewater treatment. This study offers a novel strategy for removing PPCPs using molecular electrocatalysts and provides new insights for designing and constructing MOFs for refractory wastewater treatment.
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