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Directional Separation of Highly Reductive Electrons to the Reactive Center in a Magnetic S-Scheme ZnFe2O4/A-MoS2 Heterojunction for Enhanced Peroxymonosulfate Activation toward Pharmaceuticals and Personal Care Product Removal
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2023-05-25 , DOI: 10.1021/acs.est.2c09122
Zexiao Zheng 1 , Jiacheng Min 2 , Xiaoying Wang 1 , Cheuk Wai Lung 1 , Kaimin Shih 2 , Irene M C Lo 1, 3
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2023-05-25 , DOI: 10.1021/acs.est.2c09122
Zexiao Zheng 1 , Jiacheng Min 2 , Xiaoying Wang 1 , Cheuk Wai Lung 1 , Kaimin Shih 2 , Irene M C Lo 1, 3
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Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) are ubiquitous in sewage, adversely affecting ecosystems and human health. In this study, an S-scheme magnetic ZnFe2O4/ammoniated MoS2 (ZnFe2O4/A-MoS2) heterojunction as a visible-light-driven PMS activator for PPCP degradation was developed. ZnFe2O4/A-MoS2 achieves improved photocatalytic activity because the construction of S-scheme heterojunction promotes the separation of the highly reductive photogenerated electrons. The optimized photocatalyst (10%-ZnFe2O4/A-MoS2, 0.2 g/L) achieved 100% removal of 2 ppm carbamazepine (CBZ) within 2.5 min at a PMS dosage of 0.5 mM (initial pH 7.0). Mechanistic investigation revealed that the separated electrons to the ZnFe2O4 reactive center of the heterojunction facilitated PMS activation and generated SO4·– as the dominant reactive species for CBZ degradation. The system exhibited excellent practicability in various samples of actual sewage, where most sewage components negatively impacted CBZ degradation. Further, the chloride ions in high-salinity sewage could be activated to generate additional reactive chlorine species for PPCP degradation. The heterojunction possesses outstanding reusability and stability in treating various water conditions. This work provides mechanistic and practical perspectives in developing novel S-type heterojunctions for recalcitrant pollutant treatment.
中文翻译:
将高还原性电子定向分离到磁性 S 型 ZnFe2O4/A-MoS2 异质结中的反应中心,以增强对药物和个人护理产品去除的过氧单硫酸盐活化
药品和个人护理产品 (PPCP) 在污水中无处不在,对生态系统和人类健康产生不利影响。在这项研究中,开发了一种 S 型磁性 ZnFe 2 O 4 /氨化 MoS 2 (ZnFe 2 O 4 /A-MoS 2 ) 异质结作为用于 PPCP 降解的可见光驱动 PMS 活化剂。ZnFe 2 O 4 /A-MoS 2实现了改进的光催化活性,因为S型异质结的构建促进了高还原性光生电子的分离。优化的光催化剂(10%-ZnFe 2 O 4 /A-MoS 2, 0.2 g/L) 在 PMS 剂量为 0.5 mM(初始 pH 7.0)的情况下,在 2.5 分钟内实现 2 ppm 卡马西平 (CBZ) 的 100% 去除。机理研究表明,分离到异质结 ZnFe 2 O 4反应中心的电子促进了 PMS 活化并生成 SO 4 ·–作为 CBZ 降解的主要活性物质。该系统在实际污水的各种样本中表现出出色的实用性,其中大多数污水成分对 CBZ 降解产生负面影响。此外,高盐度污水中的氯离子可以被激活以产生额外的活性氯物种,用于 PPCP 降解。异质结在处理各种水条件时具有出色的可重用性和稳定性。这项工作为开发用于顽固污染物处理的新型 S 型异质结提供了机理和实践视角。
更新日期:2023-05-25
中文翻译:
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将高还原性电子定向分离到磁性 S 型 ZnFe2O4/A-MoS2 异质结中的反应中心,以增强对药物和个人护理产品去除的过氧单硫酸盐活化
药品和个人护理产品 (PPCP) 在污水中无处不在,对生态系统和人类健康产生不利影响。在这项研究中,开发了一种 S 型磁性 ZnFe 2 O 4 /氨化 MoS 2 (ZnFe 2 O 4 /A-MoS 2 ) 异质结作为用于 PPCP 降解的可见光驱动 PMS 活化剂。ZnFe 2 O 4 /A-MoS 2实现了改进的光催化活性,因为S型异质结的构建促进了高还原性光生电子的分离。优化的光催化剂(10%-ZnFe 2 O 4 /A-MoS 2, 0.2 g/L) 在 PMS 剂量为 0.5 mM(初始 pH 7.0)的情况下,在 2.5 分钟内实现 2 ppm 卡马西平 (CBZ) 的 100% 去除。机理研究表明,分离到异质结 ZnFe 2 O 4反应中心的电子促进了 PMS 活化并生成 SO 4 ·–作为 CBZ 降解的主要活性物质。该系统在实际污水的各种样本中表现出出色的实用性,其中大多数污水成分对 CBZ 降解产生负面影响。此外,高盐度污水中的氯离子可以被激活以产生额外的活性氯物种,用于 PPCP 降解。异质结在处理各种水条件时具有出色的可重用性和稳定性。这项工作为开发用于顽固污染物处理的新型 S 型异质结提供了机理和实践视角。