In-depth insights into Fe(III)-doped g-C3N4 activated peracetic acid: Intrinsic reactive species, catalytic mechanism and environmental application

化学 过氧乙酸 催化作用 机制(生物学) 兴奋剂 环境化学 材料科学 生物化学 过氧化氢 光电子学 认识论 哲学
作者
Hailing Zhao,Yi Ren,Chao Liu,Longguo Li,Naiwen Li,Bo Lai,Jun Li
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:459: 132117-132117 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132117
摘要

In this study, we demonstrate that Fe(III)-doped g-C3N4 can efficiently activate peracetic acid (PAA) to degrade electron-rich pollutants (e.g., sulfamethoxazole, SMX) over a wide pH range (3−7). Almost ∼100% high-valent iron-oxo species (Fe(V)) was generated and acted as the dominant reactive species responsible for the micropollutants oxidation based on the analysis result of quenching experiments, 18O isotope-labeling examination and methyl phenyl sulfoxide (PMSO) probe method. Electrochemical testing (e.g., amperometric i−t and linear sweep voltammetry (LSV)) and density functional theory (DFT) calculations illustrated that the main active site Fe atom and PAA underwent electron transfer to form Fe(V) for attacking SMX. Linear free energy relationship (LFER) between the pseudo-first-order rates of different substituted phenols (SPs) and the Hammett constant σ+ depicted the electrophilic oxidation properties. The selective oxidation of Fe(V) endows the established system remarkable anti-interference capacity against water matrices, while the Fe(V) lead to the formation of iodinated disinfection by-products (I-DBPs) in the presence of I−. Fe(III)-doped g-C3N4/PAA system showed excellent degradation efficiency of aquaculture antibiotics. This study enriches the knowledge and research of high-valent iron-oxo species and provides a novel perspective for the activation of PAA via heterogeneous iron-based catalysts and practical environmental applications.
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