Electro-induced biochar-embedded-SIPN hydrogel as discrete bipolar electrodes for selective oxidation and enrichment of trace thallium(Ι)

生物炭 吸附 化学 化学工程 电化学 电极 无机化学 有机化学 物理化学 热解 工程类
作者
Hong‐Hui Wu,Dong He,Shaoxuan Wu,Haiyin Xu,Jiani Gao,Junguo Huang,Meiying Jia,Jing Huang,Huaming Xie,Ping Wang,Zhaohui Yang,Yuanling Luo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:489: 151278-151278 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151278
摘要

Electrochemical techniques for thallium (Tl) treatment face a substantial challenge linked to the concentration of Tl(I), hindering the efficient removal and recovery of trace Tl(I) (μg L−1). In response, we synthesized hydrogel particles incorporating biochar (BC) within semi-interpenetrating polymer networks (SIPN), showcasing robust selectivity for Tl(I). These biochar-embedded-SIPN hydrogel particles (BC-SIPN particles), employed as dispersed electrodes, facilitated the targeted oxidation and enrichment of Tl(I) through electro-induction. Research outcomes elucidate the adept mitigation of the "efficiency-dependent concentration" behavior by electro-induced BC-SIPN particles during the reaction process. Under optimized conditions (pH 12, 2 V cm−1, 30 min), Tl(I) removal efficiency surpassed 98 % at an initial concentration of 100 μg L−1. The SIPN structure enhanced particle stability, and after seven cycles of enrichment in a 100 μg L−1 Tl(I) environment, BC-SIPN particles achieved a Tl content of 0.073 %, meeting Tl mineral content standards and promoting the recovery of scarce Tl resources. First-principles calculations underscore the pivotal role of hydrogen bond-electrostatic interactions between TlOH(aq) and particles in driving selective Tl(I) adsorption. Insights from quenching and capture reactions reveal a predominant direct oxidation pathway of Tl(I) to Tl(Ⅲ), complemented by indirect oxidation driven by reactive oxygen species, including OH, O- 2 and 1O2. This study presents an innovative approach for trace Tl(I) wastewater treatment, simultaneously mitigating the "efficiency-dependent concentration" phenomenon, and underscores the transformative potential of electro-induced BC-SIPN hydrogel particles in offering sustainable solutions for Tl(I) removal and resource recovery in environmental stewardship.

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