Magnetic bimetallic Fe, Ce-embedded N-enriched porous biochar for peroxymonosulfate activation in metronidazole degradation: Applications, mechanism insight and toxicity evaluation

化学 生物炭 机制(生物学) 多孔性 核化学 催化作用 降级(电信) 环境化学 化学工程 双金属片 热解 有机化学 电信 计算机科学 认识论 工程类 哲学
作者
Kaibang Xiao,Fawen Liang,Jinzhi Liang,Weicheng Xu,Zhang Liu,Biru Chen,Xueding Jiang,Xiaolian Wu,Jianan Xu,Jingzi Beiyuan,Hailong Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:433: 134387-134387 被引量:170
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.134387
摘要

Bimetallic Fe- and Ce-embedded N-enriched porous biochar ([email protected]) was synthesized to activate peroxymonosulfate (PMS) for metronidazole (MNZ) removal. 97.5% decay of MNZ was achieved within 60 min in [email protected]/PMS system. The kinetic reaction rate constant of the [email protected]/PMS system (0.0566 min−1) was 10.5 times higher than that of the BC/PMS system (0.0054 min−1). The highly dispersed Fe-Ce oxide nanocrystals serve as PMS activation centers, while the addition of nitrogen source increases the surface area and porosity of biochar, as well as enhances the PMS activation performance. It is noteworthy that graphitic N and CO groups in biochar facilitates the PMS activation via a nonradical pathway and the Fe2+/Fe3+ and Ce3+/Ce4+ participate in the radical pathway. The presence of anion ions of SO42− can promote the MNZ degradation process, while HCO3– and Cl− ions suppress the MNZ removal. The MNZ removal using [email protected] in salty media behavior similarly with that in DDI water, while the decreased removal efficiency in real effluent could be mitigated by prolonging the reaction time. Finally, the degradation intermediate products of MNZ were identified and the pathway was proposed according to LC-MS analysis. The relatively low cytotoxicity of the [email protected]/N-BC evaluated by animal cell (A375) and toxicity evolution of MNZ intermediate products strongly suggest huge potential of utilization of the catalyst for aquatic environmental remediation.
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