Insights into the fundamental role of Mo doping in facilitating the activation of peroxydisulfate by iron-based catalysts: Accelerating the generation of sulfate radicals

过氧二硫酸盐 催化作用 化学 降级(电信) 吸附 无机化学 硫酸盐 双酚A 兴奋剂 氧化态 材料科学 物理化学 有机化学 电信 光电子学 计算机科学 环氧树脂
作者
Taozhen Li,Jingwen Pan,Xiaoning Wang,Zihao Fan,Shi Tao,Lei Wang,Baoyu Gao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:477: 147000-147000 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147000
摘要

Electron-rich Fe sites in iron-based catalysts provide sufficient electrons to activate peroxydisulfate (PDS) for organic pollutants degradation, whereas catalyst activity is restricted by the inert Fe(III)/Fe(II) conversion. Herein, we synthesized Fe and Mo co-doped carbon (Fe/Mo@C) catalysts to explore the effect of Mo doping on Fe(III)/Fe(II) cycling during PDS activation process. Compared to the sole Fe loaded carbon (Fe@C), the introduced Mo converted the iron to a lower valence state (Fe0 and Fe(II)) during the catalysts preparation. Bisphenol A (BPA) was completely degraded within 10 min in Fe/Mo@C-PDS system with the degradation rate of 0.70 min−1, which was 26 times higher than that in Fe@C-PDS system. Mechanism studies indicated that the introduction of Mo promoted the cycling of Fe(II)/Fe(III) in catalytic-oxidation system and accelerated the generation of more SO4•−, resulting in a significant improvement of the catalytic activity. Density functional theory (DFT) calculations revealed that Mo doping facilitated PDS adsorption onto Fe/Mo@C and accelerated the O-O breaking in PDS to produce more SO4•− for BPA degradation. Besides, the intermediates formed during the BPA degradation in Fe/Mo@C-PDS system exhibited lower bio-toxicity than the pristine BPA and those in Fe@C-PDS system. This work elucidates the mechanism of Mo doping to improve the catalytic activity of iron-based catalysts in sulfate-based advanced oxidation processes, providing a new strategy for solving the blockage of Fe(II)/Fe(III) cycle.
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