Amorphous zirconium oxide activates peroxymonosulfate for selective degradation of organic compounds: Performance, mechanisms and structure-activity relationship

化学 催化作用 吸附 氧化物 氧化还原 降级(电信) 无机化学 激进的 无定形固体 金属 惰性 多相催化 氧气 光化学 有机化学 电信 计算机科学
作者
Xiaoyang Li,Ruolin Lv,Weiming Zhang,Mingyang Li,Junhe Lu,Yi Ren,Yue Yin,Jiahang Liu
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:228: 119363-119363 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.watres.2022.119363
摘要

Application of heterogeneous advanced oxidation processes (AOPs) for wastewater treatment suffers from the low oxidant utilization efficiency, slow catalytic cycling and severe matrix interference. Herein, we report that amorphous zirconium dioxide (aZrO2), a redox-inert metal oxide, can efficiently activate peroxymonosulfate (PMS) to degrade organic micropollutants under very low oxidant doses and complex coexisting matrices. Distinct from conventional AOPs where radicals are formed, the surface Zr(IV)-PMS* complex was identified as the principal reactive species, and primarily conducted oxygen-atom-transfer route with selected molecules. Quantitative structure-activity relationship analysis indicated that the formation of Zr(IV)-PMS* complex was governed by the density of the surface hydroxyl groups. The strong interaction between the Zr atom and PMS caused the deviation of the negative charge from Zr(IV) metal sites to the oxidant. As a result, the O-O bond of the adsorbed PMS was prolonged and its oxidation potential elevated, which enabled it to directly react with contaminants. This study indicates the potential of aZrO2 as a novel and eco-friendly catalyst that activates PMS to selectively tackle organic contaminants, and sheds light on the designing of Fenton-like catalysts using redox-inert metals.
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