Visible light enhanced persulfate activation for degradation of tetracycline via boosting adsorption of persulfate by ligand-deficient MIL-101(Fe) icosahedron

过硫酸盐 化学 配体(生物化学) 吸附 降级(电信) 光化学 二甲基甲酰胺 催化作用 金属有机骨架 无机化学 核化学 物理化学 有机化学 溶剂 受体 电信 生物化学 计算机科学
作者
Gangya Cheng,Yuan Chen,Wansheng Ruan,Ben Ma,Xinyu Zhang,Xinjing Yuan,Zhihui Li,Dan Wang,Fei Teng
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:317: 137857-137857 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.137857
摘要

In this work, Fe-based metal-organic frameworks (Fe-MOFs) are prepared by a simple solvothermal method, in which acetic acid/N, N-dimethylformamide (HAc/DMF) mixture solvents are employed to regulate the particle morphology, exposed facets and ligand defects. At HAc/DMF = 0/50, 5/45 and 8/42 (volume ratio), the irregular particles (MIL-53(Fe)), elongated icosahedrons (5H-MIL-101(Fe)) and icosahedrons (8H-MIL-101(Fe)) are obtained, respectively. Under visible light irradiation (λ > 420 nm) and the addition of sodium persulfate (PS), 5H-MIL-101(Fe) shows the highest degradation activity for tetracycline (TC). Specifically, 80% of TC has been removed by 5H-MIL-101(Fe) within 25 min, and the degradation kinetics rate is 3.03 times higher than that over MIL-53(Fe). The improvement of catalytic activity is mainly attributed to the active facets exposed and ligand defects of 5H-MIL-101(Fe). Density functional theory (DFT) calculation further confirms that the active facets exposed and ligand defects of 5H-MIL-101(Fe) favor the adsorption and activation of PS, benefiting the generation of •SO4−. Besides, a probable degradation pathway of TC is proposed based on trapping experiments and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) test. Furthermore, the toxicities of intermediates are predicted by the quantitative structure-activity relationship (QSAR) mathematical model. This work demonstrates that visible light enhanced PS activation (Vis-PSA) can more effectively degrade organic pollutants, and this work also provides a simple strategy to precisely regulate ligand defects and actively exposed facets of Fe-MOFs to enhance the adsorption and activation of PS.
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