Highly efficient activation of persulfate by encapsulated nano-Fe0 biochar for acetaminophen degradation: Rich electron environment and dominant effect of superoxide radical

过硫酸盐 生物炭 催化作用 化学 降级(电信) 电子转移 氧化还原 零价铁 激进的 光化学 化学工程 无机化学 有机化学 热解 吸附 电信 计算机科学 工程类
作者
Shengnan Zhuo,Hong‐Yu Ren,Guangli Cao,Guo-Jun Xie,Defeng Xing,Nanqi Ren,Bing-Feng Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:440: 135947-135947 被引量:115
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135947
摘要

In this study, an encapsulated nanoscale zero-valent iron biochar (BC-Fe0) derived from waste lignocellulose rice straw (RS) was synthesized. BC-Fe0 has excellent properties, including long-term stability, a large specific surface area, many micropore structures, active defects active and oxygen-containing groups. The material was first used to activate persulfate (PDS), showing a highly efficient catalysis for acetaminophen (ACT) degradation. The removal efficiency of ACT within 20 min reached 100%, and the degradation rate constant (kobs) reached 0.37475 min−1 at the ACT concentration of 10 mg/L, BC-Fe0 of 0.5 g/L, temperature of 298 K. EPR demonstrated that ·OH, SO4−·, ·O2− and 1O2 occurred during the reaction process, and ·O2−, 1O2 and electron transfer played major roles in PDS/BC-Fe0 system. Fe0 nanoparticles promoted the activation of PDS to generate ·O2−, which induced a series of other reactive oxygen species (ROS) to attack ACT. C = O might also contribute to the production of 1O2. In addition, graphitic carbon, C–O, defects and micropores on BC-Fe0 together created a rich electron environment, which is conducive to the redox reaction between ACT and ROS. Satisfyingly, BC-Fe0 not only had a high catalytic activation capacity, but also exhibited a desirable durability and recyclability. The development of BC-Fe0 catalysts and the study of PDS activation for organic pollutant degradation are significant to biomass conversion and advanced oxidation processes in environmental remediation.
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