A Highly Stable Metal–Organic Framework-Engineered FeS2/C Nanocatalyst for Heterogeneous Electro-Fenton Treatment: Validation in Wastewater at Mild pH

金属有机骨架 化学 废水 污水处理 化学工程 环境科学 环境化学 环境工程 吸附 有机化学 废物管理 工程类
作者
Zhihong Ye,José Antonio Padilla,E. Xuriguera,J.L. Beltrán,Francisco Alcaide,Enric Brillas,Ignasi Sirés
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (7): 4664-4674 被引量:129
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b07604
摘要

Herein, the novel application of FeS2/C nanocomposite as a highly active, stable, and recyclable catalyst for heterogeneous electro-Fenton (EF) treatment of organic water pollutants is discussed. The simultaneous carbonization and sulfidation of an iron-based metal–organic framework (MOF) yielded well-dispersed pyrite FeS2 nanoparticles of ∼100 nm diameter linked to porous carbon. XPS analysis revealed the presence of doping N atoms. EF treatment with an IrO2/air-diffusion cell ensured the complete removal of the antidepressant fluoxetine spiked into urban wastewater at near-neutral pH after 60 min at 50 mA with 0.4 g L–1 catalyst as optimum dose. The clear enhancement of catalytic activity and stability of the material as compared to natural pyrite was evidenced, as deduced from its characterization before and after use. The final solutions contained <1.5 mg L–1 dissolved iron and became progressively acidified. Fluorescence excitation–emission spectroscopy with parallel factor analysis demonstrated the large mineralization of all wastewater components at 6 h, which was accompanied by a substantial decrease of toxicity. A mechanism with •OH as the dominant oxidant was proposed: FeS2 core–shell nanoparticles served as Fe2+ shuttles for homogeneous Fenton's reaction and provided active sites for the heterogeneous Fenton process, whereas nanoporous carbon allowed minimizing the mass transport limitations.
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