A Nanoconfined FeCo2O4-Embedded Ceramic Membrane Regulates Electron Transfer in Peroxymonosulfate Activation to Selectively Generate Singlet Oxygen for Water Decontamination

化学 电子转移 单线态氧 吸附 人体净化 传质 选择性 反应速率常数 光化学 化学工程 动力学 氧气 催化作用 物理化学 色谱法 有机化学 生物化学 量子力学 物理 工程类 核物理学
作者
Peng Xu,Rui Wei,Peng Wang,Tianyao Shen,Tong Zheng,Guangshan Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c07566
摘要

Peroxymonosulfate (PMS)-based advanced oxidation processes (AOPs), as a promising technology for water decontamination, are constrained by low reaction kinetics due to limited reaction selectivity and mass transfer. Herein, we designed a nanoconfined FeCo2O4-embedded ceramic membrane (FeCo2O4−CM) under flow-through pattern for PMS activation. Confining PMS and FeCo2O4 within nanochannels (3.0−4.7 nm) enhanced adsorption interactions (−7.84 eV vs −2.20 eV), thus boosting mass transfer. Nanoconfinement effect regulated electron transfer pathways from PMS to FeCo2O4−CM by modulating the active site transformation to ≡Co(III) in nanoconfined FeCo2O4−CM, enabling selectively generating 1O2. The primary role of 1O2 in the nanoconfined system was confirmed by kinetic solvent isotope experiments and indicative anthracene endoperoxide (DPAO2). The system enabled 100% removal of atrazine (ATZ) within a hydraulic retention time of 2.124 ms, demonstrating a rate constant over 5 orders of magnitude higher than the nonconfined system (3.50 × 103 s−1 vs 0.42 min−1). It also exhibited strong resilience to pH variations (3.3−9.0) and coexisting substances, demonstrating excellent stability indicated by consistent 100% ATZ removal for 14 days. This study sheds light on regulating electron transfer pathways to selectively generate 1O2 through the nanoconfinement effect, boosting the practical application of PMS-based AOPs in environmental remediation and potentially applying them to various other AOPs.
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