Molecular levels unveil the membrane fouling mitigation mechanism of a superpotent N-rGO catalytic ozonation membrane: Interfacial catalytic reaction pathway and induced EfOM transformation reactions

催化作用 化学 石墨烯 化学工程 结垢 膜污染 氧化物 腐植酸 臭氧 陶瓷膜 傅里叶变换红外光谱 有机化学 生物化学 工程类 肥料
作者
Zilong Song,Zhenbei Wang,Jun Ma,Jingyi Sun,Chen Li,Xiaotong Xu,Chao Chen,Zhonglin Chen,Bingbing Xu,Yi Jiang,Jolanta Kumirska,Ewa Maria Siedlecka,Amir Ikhlaq,Fei Qi,Oksana Ismailova
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:319: 121943-121943 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121943
摘要

This study investigated the membrane fouling self-cleaning of N-doped reduced graphene oxide (N-rGO)-tailored ceramic membrane with ozone (N-rGO-CM-O/F) at the molecular level. Density functional theoretical (DFT) revealed the principle of interfacial catalytic reaction, and the transformation of foulants was probed using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS) and various spectroscopic techniques. Results showed that ozone could be aggregated on the N-rGO-CM surface and formed abundant •OH. This made humic acid-like substances blocking membrane pores to be sufficiently and preferentially removed in N-rGO-CM-O/F by 18-types reactions of catalytic ozonation. Conversely, CM-O/F preferentially removed protein-like substances that formed the cake layer. Due to the stronger catalytic ozonation ability and efficient fouling mitigation behavior, N-rGO-CM-O/F showed higher water flux as 1.96 times than that of CM-O/F. Overall, this study provided molecular insight into the mechanism of membrane fouling mitigation, which will facilitate the design and application of advanced catalytic membranes.
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