Upcycling of Aqueous Phenol Pollutants via Directed C–C Coupling in an Enzyme-Inspired Angstrom-Confined Flow-Through System

污染物 苯酚 水溶液 选择性 废水 吸附 联轴节(管道) 区域选择性 密度泛函理论 间苯二酚 氢氧化物 化学 产量(工程) 膜 工业废水处理 资源回收 间歇式反应器 层流 化学工程 甲烷氧化偶联 组合化学 产物抑制 酚类 工作(物理) 分子 多孔性 污水处理 有机化学 副产品 扩散 水处理 环境修复 反应机理 动力学
作者
Cuiwei Du,Wanyi Fu,Jie Li,Hui Xu,Bingcai Pan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (42): 22950-22960 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c08457
摘要

Selective transformation of phenol in wastewater into value-added products offers a sustainable strategy for simultaneous pollutant abatement and chemical resource recovery. However, conventional oxidation processes suffer from low product selectivity due to competing pathways, including ring-opening degradation, C-C/C-O coupling, and polymerization. Here, we develop an angstrom-confined flow-through system using laminar membrane nanochannels to enable spatiotemporally controlled oxidation and regioselective C-C coupling. The 6.0 Å interlayer spacing of ZnFe-layered double hydroxide enforces stereoselective alignment of phenoxy radicals, while flow modulation precisely regulates the reaction progression. This enzyme-inspired dual-control strategy achieves 84% C-C selectivity at 50% phenol conversion and suppresses parasitic pathways (C-O coupling, overoxidation) that are endemic to traditional batch systems. Mechanistic studies and density functional theory (DFT) calculations reveal that nanoconfinement thermodynamically stabilizes para-oriented radicals, steering barrierless C-C coupling. Integrated with selective resin adsorption for biphenol harvest and phenol recycling, up to 90% cumulative product yield is achieved. This work establishes a low-carbon pollutant-to-product paradigm for resource recovery from contaminated waters.
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