The enhanced catalytic degradation of sulfamethoxazole over Fe@nitrogen-doped carbon-supported nanocomposite: Insight into the mechanism

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作者
Jinkai He,Jiaying Huang,Zhiwei Wang,Zhen Liu,Yi Chen,Ruidian Su,Xiaoyu Ni,Yanwei Li,Xing Xu,Weizhi Zhou,Baoyu Gao,Qian Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:439: 135784-135784 被引量:81
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135784
摘要

An environmentally friendly [email protected] carbon nanocomposite catalyst ([email protected]) was prepared via a facile and economical process using carboxymethyl chitosan (CMCs) hydrogel as a template to achieve Fe-anchoring and N-doping simultaneously for peroxymonosulfate (PMS) activation to efficiently degrade sulfamethoxazole (SMX). The “core–shell” structure of [email protected] displayed that Fe nanoparticles identified as Fe3C and Fe3N were encapsulated in nitrogen-doped carbon nanosheets. The formation of FexNy sites and the high content of graphitic N obtained from CMCs facilitated the catalytic reaction. With excellent catalytic activity to achieve complete degradation of SMX in less than 10 min, [email protected]/PMS system also exhibited stable catalytic degradation efficiency over a wide pH range (3.0–9.0) and under high-salinity conditions. Singlet oxygen was identified as the dominant reactive species in catalytic oxidation and played a vital role in the non-radical pathway. The potential SMX degradation pathway and mechanism in the [email protected]/PMS reaction system were proposed according to DFT calculations and product detection results. Quantitative structure–activity relationship (QSAR) prediction verified the efficient elimination of SMX degradation products toxicity. Moreover, the [email protected]/PMS system was also confirmed to be effective towards the inactivation of antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antibiotics resistance genes (ARGs).
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