Investigation of the redox behavior of biochar-based bipolar electrochemistry in porous media

生物炭 氧化还原 结晶度 电化学 化学 化学工程 电子转移 多孔性 材料科学 无机化学 电极 热解 光化学 有机化学 结晶学 工程类 物理化学
作者
Hongwei Zhang,Haiyin Xu,Hui Zi,Yuwei Tang,Xijie Zheng,Ping Wang,Jing Huang,Hong‐Hui Wu,Peipei Song,linxin Wu,Zechen Liu,Wenshao Mao,Xinyang Song,Meiying Jia
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:470: 144384-144384 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144384
摘要

Bipolar electrochemistry (BEC) refers to the redox actuation occurring at the wirelessly connected conductors, the bipolar electrodes (BPEs), but the redox behavior of biochar-based BEC in porous media remains unclear. This study evaluated the redox behavior of biochar-based BEC in porous media using the conversion rates of Cr(III) and Cr(VI). Results showed activated BEC in porous media, with bamboo biochar (B-BC) BPEs exhibiting superior redox properties compared to wood (WO-BC) and walnut biochar (W-BC). Soil texture influenced BEC performance, with sandy soils exhibiting the highest Cr conversion rates (36.22% for Cr(III) to Cr(VI) and 48.6% for Cr(VI) to Cr(III)). A linear relationship existed between Cr conversion and voltage gradient (2.2–4.2 V/cm). Excessive biochar addition (>2.5% w/w) reduced Cr conversion. Further analysis revealed exceptional electron transfer capability of B-BC and WO-BC, producing ·O2- and ·OH with catalytic activation and indirect oxidation potential. Overall, our findings suggest biochar-based BEC induction in porous media, facilitating rapid changes in heavy metal speciation, primarily driven by direct oxidation of biochar. Exceptional biochar behavior arises from intricate properties such as honeycomb structures, quinoid groups, phenolic-OH, and high crystallinity. Optimizing biochar's structure, functional groups, and crystallinity holds promise for effective implementation of biochar-based BEC in porous soil remediation.
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