Efficient mineralization of coal pyrolysis wastewater in a heterogeneous electro-Fenton system using a novel Fe3O4-LaFeO3/C/GF heterojunction cathode

化学 双功能 阴极 电化学 吸附 氧化还原 热解 化学工程 无机化学 电极 催化作用 物理化学 有机化学 工程类
作者
Jinxin Li,Dan Zhong,Feiyu Li,Kefei Li,Wencheng Ma,Jun Ma,Jingna Zhang,Aoshuang Sun
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:319: 124046-124046 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.124046
摘要

• A novel Fe 3 O 4 -LaFeO 3 /C/GF heterojunction cathode was used for hetero-EF process. • The modified cathode showed high efficiency and stability for CPW mineralization. • A higher total density of states value was induced by Fe 3 O 4 -LaFeO 3 interface. • Possible catalytic mechanisms with Fe 3 O 4 -LaFeO 3 /C/GF cathode was studied. A bifunctional electro-Fenton (EF) cathode with Fe 3 O 4 -LaFeO 3 /C embedded graphite felt (GF) was synthesized through a hydrothermal process, which was used for in situ electrochemical formation of active oxygen species (ROS) for coal pyrolysis wastewater (CPW) removal. Experimental results illustrated that the mineralization efficiency of dimethylphenol (DMP) was achieved at 90.7 % within 150 min reaction. On the basis of quenching test and free radical detection, the ∙OH and ∙O 2 − were the detectable ROS in the hetero-EF system for DMP removal. Meanwhile, the formed oxygen vacancies (OVs) and the redox of Fe 2+ /Fe 3+ promoted the oxygen adsorption and H 2 O 2 activation. Density functional theory (DFT) calculations further discussed that the Fe 3 O 4 -LaFeO 3 interface possessed more downward spin density of states in the conduction band, resulting in a higher total density of states (DOS) value near the Fermi level. Moreover, the Fe 3 O 4 -LaFeO 3 /C/GF cathode displayed good recyclability with low metal ion dissolution for 5 times (99.5 % DMP removal and 78.6 % TOC removal) and underlying actual CPW application potential (80.2 % of COD removal and 100 % of total phenol (Tph) removal). Overall, this work invented a novel and stable bifunctional cathode for the efficient removal of refractory CPW in the hetero-EF system.
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