Activation of Peroxymonosulfate by Oxygen Vacancies-Enriched Cobalt-Doped Black TiO2 Nanotubes for the Removal of Organic Pollutants

催化作用 化学 炭黑 浸出(土壤学) 无机化学 电子转移 化学工程 光化学 有机化学 天然橡胶 环境科学 土壤科学 工程类 土壤水分
作者
Jonghun Lim,Yang Yang,Michael R. Hoffmann
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (12): 6972-6980 被引量:333
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b01449
摘要

Cobalt-mediated activation of peroxymonosulfate (PMS) has been widely investigated for the oxidation of organic pollutants. Herein, we employ cobalt-doped Black TiO2 nanotubes (Co-Black TNT) for the efficient, stable, and reusable activator of PMS for the degradation of organic pollutants. Co-Black TNTs induce the activation of PMS by itself and stabilized oxygen vacancies that enhance the bonding with PMS and provide catalytic active sites for PMS activation. A relatively high electronic conductivity associated with the coexistence of Ti4+ and Ti3+ in Co-Black TNT enables an efficient electron transfer between PMS and the catalyst. As a result, Co-Black TNT is an effective catalyst for PMS activation, leading to the degradation of selected organic pollutants when compared to other TNTs (TNT, Co-TNT, and Black TNT) and other Co-based materials (Co3O4, Co-TiO2, CoFe2O4, and Co3O4/rGO). The observed organic compound degradation kinetics are retarded in the presence of methanol and natural organic matter as sulfate radical scavengers. These results demonstrate that sulfate radical is the primary oxidant generated via PMS activation on Co-Black TNT. The strong interaction between Co and TiO2 through Co-O-Ti bonds and rapid redox cycle of Co2+/Co3+ in Co-Black TNT prevents cobalt leaching and enhances catalyst stability over a wide pH range and repetitive uses of the catalyst. Electrode-supported Co-Black TNT facilitates the recovery of the catalyst from the treated water.
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