Mechanistic insights of PO43− functionalized carbon nitride homojunction hydrogels in photocatalytic-self-Fenton-peroxymonosulfate system for tetracycline degradation

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作者
Akash Balakrishnan,K. Vijaya Suryaa,Mahendra Chinthala,Arvind Kumar
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:669: 366-382 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.177
摘要

In this study, metal-free PO43−-enriched g-C3N4/g-C3N4 (PGCN) homojunction alginate 3D beads were developed for in-situ H2O2 production under visible light. Later, the photocatalytic-self-Fenton system was integrated with peroxymonosulfate for tetracycline degradation. Initially, the PO43−-enriched g-C3N4 (PCN) and a homojunction composed of PCN and g-C3N4 (GCN) were prepared via the wet-impregnation method. Later, PGCN homojunction was formulated into 3D alginate beads through the blend-crosslinking method. The comprehensive characterization of the homojunction beads affirmed the closer contact between the semiconductors, alteration of the bandgap, faster channelization of electron-hole pairs, and improved separation of charge carriers that attributed to higher catalytic efficacy. The PGCN beads exhibited a maximum H2O2 production of 535 ± 12 µM under visible light irradiation for 60 min. The homojunction hydrogels displayed 99 ± 0.25% tetracycline degradation in 20 min in the photocatalytic-self-Fenton-PMS system. The experimental studies also claimed a maximum chemical oxygen demand removal of 81 ± 3.6 % in 20 min with maximum reusability of beads up to 20 cycles. The Z-scheme electron migration mechanism is proposed based on the results aided by scavenger and electron spin resonance analysis. Overall, the as-synthesized alginate-supported homojunction-based photocatalytic-self-Fenton-peroxymonosulfate system is highly versatile and reusable for energy and environmental remediation.
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