Efficient removal of aqueous organic pollutants by well-ordered layered manganese oxide nanocomposites: Impacts of interlayer spacing and nanoconfinement

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作者
Zhiqiang Wang,Yafang Shi,Kangjie Yang,Huiqiang Yang,Haoran Zhao,Mengning Xi,Chi Zhang,Lingyan Zhu,Hanzhong Jia
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:472: 144830-144830 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144830
摘要

Although manganese oxide is able to spontaneously oxidize organic contaminants in nature, the slow kinetics limit its application in engineered water treatment processes. Herein, we prepared well-ordered layered manganese oxides (LMOs) with adjustable interlayer distances using cetyltrimethylammonium bromine as a guest molecule, which were applied to degrade 3-chlorophenol as an example of organic pollutants. The ordering of the layered structure was found to be highly dependent on the molar ratio of cetyltrimethylammonium ion (CTA+) to Mn in the solutions (range 0–1.2). The maximum interlayer spacing (11.27 Å) was obtained at a molar ratio was 1.0 (LMO-1.0), which reduces the steric hindrance for 3-chlorophenol entering the interlayers. Additionally, the surface of the LMOs becomes more hydrophobic as their molar ratio increased, further favors adsorption of 3-chlorophenol on the LMO-1.0. The LMO-1.0 provides a constrained reaction environment, which increases the probability of 3-chlorophenol interacting with the active species as well as promotes the production and enrichment of superoxide radical (O2•−). Consequently, the degradation rate constant of 3-chlorophenol (0.446 min−1) is two orders of magnitude higher compared to the unconfined bulk phase (0.004 min−1). These findings provide useful insights into the development of Mn-based layered materials for water purification.
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