Facile synthesis of magnetic ZnFe2O4/AC composite to activate peroxydisulfate for dye degradation under visible light irradiation

过氧二硫酸盐 降级(电信) 复合数 催化作用 核化学 化学 可见光谱 辐照 生态毒理学 材料科学 光化学 环境化学 光电子学 复合材料 生物化学 电信 物理 计算机科学 核物理学
作者
Tingting Song,Quanbao He,Xiaoyan Meng,Zhangxing He,Ming Ge
出处
期刊:Environmental Science and Pollution Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:29 (50): 76321-76338 被引量:9
标识
DOI:10.1007/s11356-022-21253-3
摘要

Heterogeneous photocatalysis/persulfate oxidation process has been considered as a promising technology for dye contaminants removal. The magnetic ZnFe2O4/active carbon (AC) composites were hydrothermally synthesized and firstly used to activate peroxydisulfate (PDS) for rhodamine B (RhB) degradation under visible LED light irradiation. The optimized Vis-ZnFe2O4/AC(4/1)-PDS system can enhance the RhB degradation efficiency by 32.01% and 13.87% compared with Vis-ZnFe2O4-PDS and Vis-AC-PDS systems, respectively. The influence of operational parameters such as catalyst dosage (0.2 - 0.4 g L-1), PDS concentration (1.0 - 2.0 g L-1), temperature (25 - 45 °C), solution pH (2.7 - 10.9), and coexisting inorganic ions (Cl-, NO3-, HCO3-, PO43-, Cu2+, Fe3+, and Ca2+) on RhB degradation was studied, and 100% of RhB (20 mg L-1) was degraded after 80 min at operational condition: 0.30 g L-1 of ZnFe2O4/AC(4/1) and 1.5 g L-1 of PDS, solution pH of 2.74, reaction temperature of 25 °C. The quenching experiments, EPR test, and XPS analysis were employed to reveal the proposed mechanism, which demonstrated that 1O2 played a more important role than other reactive species (SO4•-, •OH, O2•-, and h+) in RhB degradation. The generation of 1O2 via the two routes was as follows: (i) the in situ formed active oxygen (O*) reacted with HSO5- to produce 1O2; (ii) O2•- was oxidized by h+ to form 1O2. After five consecutive cycles, the photodegradation efficiency of RhB by ZnFe2O4/AC(4/1) catalyst slightly decreased from 88.52 to 83.92%, indicating the excellent reusability of ZnFe2O4/AC(4/1) photocatalyst. As designed, Vis-ZnFe2O4/AC-PDS oxidation system can effectively remove RhB from the different real water matrices, and the degradation efficiency of RhB in tap water, river water, and secondary effluent was 78.24%, 79.55%, and 74.53% after 80 min of reaction, respectively.
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