Self-assembly formation of Co quantum dot loaded N-doped porous carbon cathode for quinoline degradation in the electro-Fenton system

喹啉 降级(电信) 多孔性 阴极 量子点 碳纤维 兴奋剂 光化学 化学工程 材料科学 化学 纳米技术 有机化学 光电子学 复合材料 物理化学 复合数 工程类 电信 计算机科学
作者
Caixia Chang,Zhen Yuan,Wenjun Zhao,Baojun Liu,Jiajia Wang,Jincheng Mu,Anmin Liu,Shaoqi Zhou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:669: 612-623 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.214
摘要

Quinoline is high toxicity and difficult biodegradation in oil washing wastewater. Therefore, efficient removal of quinoline contaminant from water bodies poses a major challenge. Hence, Co quantum dot loaded N-doped porous carbon (CoNC) nanosheets grown in situ on carbon cloth were fabricated as cathode for the degradation of quinoline in electro-Fenton system. Under optimal conditions (c(Fe2+) = 0.5 mM, U = -0.3 V, pH = 3), quinoline was completely degraded within 15 min with superior apparent rate constant of 0.385 min−1, which was 19.6 times higher than that of the ZIF-L precursor, due to the abundance of Co QDs active sites and hydrophilicity and electrical conductivity of N-doped porous carbon. In addition, three reaction pathways for quinoline were deduced by combining Density Functional Theory (DFT) calculation and Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS). More importantly, in situ FTIR and free energy calculations were analyzed to reveal that pathway Ⅰ as spontaneous reaction was the main reaction pathway. Finally, the toxicity of the intermediates was assessed with ECOSAR software and E. coli experiments, and the overall toxicity decreased during the degradation reactions. This work provides novel perspectives on environmental protection by designing in-situ grown cathodes through self-assembly method, thereby effectively purifying pollutants from wastewater.
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