Selective catalytic two-electron O2 reduction for onsite efficient oxidation reaction in heterogeneous electro-Fenton process

催化作用 电子转移 阴极 氧化还原 化学 邻苯二甲酸二甲酯 选择性 电子受体 碳纤维 光化学 无机化学 邻苯二甲酸盐 有机化学 材料科学 复合材料 物理化学 复合数
作者
Hongying Zhao,Lin Qian,Ying Chen,Qingning Wang,Guohua Zhao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:332: 486-498 被引量:129
标识
DOI:10.1016/j.cej.2017.09.093
摘要

The selective two-electron oxygen reduction reaction (ORR) for an onsite Fenton oxidation reaction over an integrated cathode is a promising method for environmental restoration. Here, an economic iron-copper-embedded carbon aerogel (FeCuC) exhibited high ORR activity (half-wave potential of −0.19 V vs SCE). The electron transfer number (n) over FeCuC was 2.9. Indeed, [email protected]3C promoted the ORR activity, while Cu enhanced the selectivity of the two-electron ORR. Meanwhile, the simultaneous incorporation of Fe and Cu simultaneously facilitated the sequential Fenton oxidation induced by H2O2. The individual rate constants for ORR and the oxidation reaction successfully revealed the fact that the efficient Fenton oxidation reaction again promotes again the 2-electron O2 reduction pathway. The application of FeCuC as a cathode in the electro-Fenton (EF) process, involving both high ORR and high Fenton oxidation activities, exhibited efficient total organic carbon (TOC) removal (88–99%) in 240 min for dimethyl phthalate (DMP), imidacloprid (IMI), bisphenol A (BPA) and perfluorooctanoate (PFOA). Moreover, five types of sanitary sewage were successively treated to meet the national discharge standards (chemical oxygen demand (COD) < 50 mg L−1) with relatively low specific energy consumption (20–40 kW·h·(kgCOD)−1) using FeCuC in the heterogeneous EF process.
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