Selective electrophilic attack towards organic micropollutants with superior Fenton-like activity by biochar-supported cobalt single-atom catalyst

电泳剂 催化作用 化学 吸附 单线态氧 废水 环境化学 有机化学 无机化学 氧气 环境工程 环境科学
作者
Chen Liu,Xinxia He,Jinglu Li,Jun Ma,Junpeng Yue,Ziwei Wang,Ming Chen
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:657: 155-168 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.11.131
摘要

The global shortage of freshwater and inadequate supply of clean water have necessitated the implementation of robust technologies for wastewater purification, and Fenton-like chemistry is a highly-promising approach. However, realizing the rapid Fenton-like chemistry for high-efficiency degradation of organic micropollutants (OMs) remains challenging. Herein, one novel system was constructed by a Co single-atom catalyst activating peroxymonosulfate (PMS), and the optimal system (SA-Co-NBC-0.2/PMS) achieved unprecedented catalytic performance towards a model OM [Iohexol (IOH)], i.e., almost 100% decay ratio in only 10 min (the observed rate constant: 0.444 min−1) with high electrophilic species 1O2 (singlet oxygen) generation. Theoretical calculations unveiled that Co-N4 sites preferred to adsorb the terminal-O of PMS (more negative adsorption energy than other O sites: –32.67 kcal/mol), promoting the oxidation of PMS to generate 1O2. Iodine (I)23 (0.1097), I24 (0.1154) and I25 (0.0898) on IOH with higher f – electrophilic values were thus identified as the main attack sites. Furthermore, 16S ribosomal RNA high-throughput sequencing and quantitative structure–activity relationship analysis illustrated the environmentally-benign property of the SA-Co-NBC-0.2 and the tapering ecological risk during IOH degradation process. Significantly, this work comprehensively checked the competence of the SA-Co-NBC-0.2/PMS system for organics abatement in practical wastewater.
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