Mineral-derived layered carbon-based catalysts for enhanced Fenton-like reactions and catalytic ceramic membrane systems: Si-O coordination mediates radical generation and electron transfer

催化作用 电子转移 陶瓷 化学工程 碳纤维 化学 材料科学 无机化学 光化学 冶金 有机化学 复合数 生物化学 工程类 复合材料
作者
Taisheng Zhao,Chang Tian,Haibo Li,Wen Song,Xuguang Li,Liangguo Yan,Xing Xu,Yanxia Zhao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:491: 151878-151878 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151878
摘要

Taking advantage of the silica-rich layered structure of montmorillonite (MT), carbon-based catalysts are expected to efficiently activate peroxymonosulfate (PMS), avoiding the instability and metal leaching problems of metal catalysts. This study developed innovative metal-free catalysts (10 N/C@Si) with Si-O coordination derived from the naturally abundant MT, which was different from the conventional methods of using them as carriers or ion doping. The fabricated 10 N/C@Si catalysts with a large specific surface (368.7 m2/g) area exhibited a significant catalytic oxidation ability for tetracycline (kobs = 0.401 min -1). The degradation mechanism included enhanced radical and electron transfer. The Si-O coordination can lead to the cleavage of adsorbed PMS, accelerating the generation of radicals, and can also serve as a bridge for the transfer of electrons from tetracycline to the 10 N/C@Si/PMS complexes, as proved by density-functional theory (DFT) computations. Additionally, loading of 10 N/C@Si on ceramic membranes (CM) achieved an extraordinarily large water flux of 505.0 L·m−2·h−1 and showed full oxidation of tetracycline, which simultaneously allowed efficient in-situ degradation and one-step solid–liquid separation.
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