Fe(III)-Doped g-C3N4 Mediated Peroxymonosulfate Activation for Selective Degradation of Phenolic Compounds via High-Valent Iron-Oxo Species

化学 催化作用 单线态氧 降级(电信) 核化学 电子转移 激进的 动力学 无机化学 药物化学 光化学 氧气 有机化学 物理 电信 量子力学 计算机科学
作者
Hongchao Li,Chao Shan,Bingcai Pan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:52 (4): 2197-2205 被引量:701
标识
DOI:10.1021/acs.est.7b05563
摘要

Herein, we proposed a new peroxymonosulfate (PMS) activation system employing the Fe(III) doped g-C3N4 (CNF) as catalyst. Quite different from traditional sulfate radical-based advanced oxidation processes (SR-AOPs), the PMS/CNF system was capable of selectively degrading phenolic compounds (e.g., p-chlorophenol, 4-CP) in a wide pH range (3–9) via nonradical pathway. The generated singlet oxygen (1O2) in the PMS/CNF3 (3.46 wt % Fe) system played negligible role in removing 4-CP, and high-valent iron-oxo species fixated in the nitrogen pots of g-C3N4 (≡FeV═O) was proposed as the dominant reactive species by using dimethyl sulfoxide as a probe compound. The mechanism was hypothesized that PMS was first bound to the Fe(III)-N moieties to generate ≡FeV═O, which effectively reacted with 4-CP via electron transfer. GC-MS analysis indicated that 4-chlorocatechol and 1,4-benzoquinone were the major intermediates, which could be further degraded to carboxylates. The kinetic results suggested that the formation of ≡FeV═O was proportional to the dosages of PMS and CNF3 under the experimental conditions. Also, the PMS/CNF3 system exhibited satisfactory removal of 4-CP in the presence of inorganic anions and natural organic matters. We believe that this study will provide a new routine for effective PMS activation by heterogeneous iron-complexed catalysts to efficiently degrade organic contaminants via nonradical pathway.
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