Self-Promoting Mechanism of Oxalic Acid in Ce–CN-Assisted Photocatalytic Ozonation for Water Treatment

光催化 草酸 材料科学 机制(生物学) 水处理 无机化学 光化学 化学工程 催化作用 废物管理 有机化学 化学 认识论 工程类 哲学
作者
Qi Chen,Weirui Chen,Jing Wang,Gaozu Liao,Xukai Li,Xingmei Guo,Laisheng Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (36): 50650-50664
标识
DOI:10.1021/acsami.5c09397
摘要

Small molecular carboxylic acids (SCAs) are common in natural waters, but their impact on advanced oxidation processes (AOPs) is understudied. This study investigates the effects of various carboxylic acids, such as oxalic acid (OA), formic acid (FA), acetic acid (AA), succinic acid (SA), and benzoic acid (BA), on a Ce single-atom-doped graphitic carbon nitride (Ce-CN) photocatalytic ozonation (PCO) system. Among the tested SCAs, only OA significantly promoted O3 activation and pollutant degradation. When degrading atrazine (ATZ), Ce-CN performed worse than CN, but Ce-CN exhibited superior activity when OA was the target. The OA removal was 98% in the PCO/Ce-CN system, while it was 82% in the PCO/CN system in 30 min. The introduction of OA also enhanced ATZ removal from 55 to 86% within 5 min in the PCO/Ce-CN system. Moreover, OA's yield during macromolecular organic compound degradation and its proportion among SACs affected PCO/Ce-CN activity. Mechanistic studies showed that OA could bind with Ce-CN, forming a Ce-OA complex that facilitated ligand-to-metal electron transfer (LMET), reducing the redox potential of the Ce(III)/Ce(IV) cycle, enhancing the ATZ removal efficiency, and boosting ozone activation. O3 decomposed into *O and •OH on Ce-CN, which were the primary reactive oxygen species for pollutant degradation. These findings highlighted the unique role of OA in Ce-based PCO systems, offering insights for enhancing AOP performance.
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