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Regulating the FeSx assembly pattern of sulfidated zero-valent iron: All-in-one interface modulation with activated carbon
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2023-11-13 , DOI: 10.1016/j.watres.2023.120860
Guanjun Qu 1 , Yue Zhang 1 , Zhongkai Duan 1 , Ke Li 1 , Chunhua Xu 1
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2023-11-13 , DOI: 10.1016/j.watres.2023.120860
Guanjun Qu 1 , Yue Zhang 1 , Zhongkai Duan 1 , Ke Li 1 , Chunhua Xu 1
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Specifically designing the heterogeneous interface in sulfidated zero-valent iron (S-ZVI) has been an effective, yet usually overlooked method to improve the decontamination ability. However, the mechanism behind FeSx assembly remains elusive and the lack of modulating strategies that can essentially tune the applicability of S-ZVI further imposes difficulties in creating better-performing S-ZVI with heterogeneous interface. In this study, by introducing powdered activated carbon (PAC) during S-ZVI preparation, S-ZVI/PAC microparticles were prepared to modulate the assembly pattern of FeSx for the applicability and reactivity of the material. S-ZVI/PAC showed robust performance in Cr(VI) sequestration, with 11.16 and 1.78 fold increase in Cr(VI) reactivity compared to ZVI and S-ZVI, respectively. This was attributed to the fact that the introduced PAC could acquire FeSx to enhance the electron transfer capacity matching its adsorption threshold, thus helping to accommodate the transfer of the reduction center to PAC in S-ZVI/PAC. In optimizing the FeSx allocation between ZVI and PAC, the chemical assembly of FeSx on S-ZVI was superior to physical adsorption. Critically, we found that isolated FeSx in the prepared solution was physically adsorbed by the PAC, allowing chemically assembled FeSx on the S-ZVI. This was achieved by controlling the addition sequence of Na2 S and PAC, as it effectively controlled the release rate and content of Fe(II) in the preparation solution. S-ZVI/PAC was demonstrated to be extremely effective in simulated wastewater and electrokinetics-permeable reactive barrier (EK-PRB) treatments. Introducing PAC enriches the diversity of sulfidation mechanisms and may realize the universality of the S-ZVI/PAC application scenarios. This study provides a new interface optimization strategy for S-ZVI targeted design towards environmental applications.
中文翻译：
调控硫化零价铁的 FeSx 组装模式：活性炭的多合一界面调节
专门设计硫化零价铁（S-ZVI）中的异质界面是一种有效但通常被忽视的提高去污能力的方法。然而，FeSx 组装背后的机制仍然难以捉摸，并且缺乏可以从根本上调整 S-ZVI 适用性的调节策略，这进一步给创建具有异质界面的性能更好的 S-ZVI 带来了困难。在这项研究中，通过在S-ZVI制备过程中引入粉末活性炭（PAC），制备了S-ZVI/PAC微粒来调节FeSx的组装模式，从而提高材料的适用性和反应性。 S-ZVI/PAC 在 Cr(VI) 封存方面表现出强大的性能，与 ZVI 和 S-ZVI 相比，Cr(VI) 反应活性分别提高了 11.16 倍和 1.78 倍。这是由于引入的PAC可以获取FeSx来增强与其吸附阈值相匹配的电子转移能力，从而有助于在S-ZVI/PAC中适应还原中心向PAC的转移。在优化 ZVI 和 PAC 之间的 FeSx 分配时，FeSx 在 S-ZVI 上的化学组装优于物理吸附。重要的是，我们发现制备的溶液中分离的 FeSx 被 PAC 物理吸附，从而允许在 S-ZVI 上化学组装 FeSx。这是通过控制Na2S和PAC的添加顺序来实现的，因为它有效地控制了制备溶液中Fe(II)的释放速率和含量。 S-ZVI/PAC 被证明在模拟废水和动电渗透反应屏障 (EK-PRB) 处理中极其有效。 PAC的引入丰富了硫化机制的多样性，并可能实现S-ZVI/PAC应用场景的通用性。 这项研究为S-ZVI面向环境应用的针对性设计提供了一种新的界面优化策略。
更新日期：2023-11-13
中文翻译：
调控硫化零价铁的 FeSx 组装模式：活性炭的多合一界面调节
专门设计硫化零价铁（S-ZVI）中的异质界面是一种有效但通常被忽视的提高去污能力的方法。然而，FeSx 组装背后的机制仍然难以捉摸，并且缺乏可以从根本上调整 S-ZVI 适用性的调节策略，这进一步给创建具有异质界面的性能更好的 S-ZVI 带来了困难。在这项研究中，通过在S-ZVI制备过程中引入粉末活性炭（PAC），制备了S-ZVI/PAC微粒来调节FeSx的组装模式，从而提高材料的适用性和反应性。 S-ZVI/PAC 在 Cr(VI) 封存方面表现出强大的性能，与 ZVI 和 S-ZVI 相比，Cr(VI) 反应活性分别提高了 11.16 倍和 1.78 倍。这是由于引入的PAC可以获取FeSx来增强与其吸附阈值相匹配的电子转移能力，从而有助于在S-ZVI/PAC中适应还原中心向PAC的转移。在优化 ZVI 和 PAC 之间的 FeSx 分配时，FeSx 在 S-ZVI 上的化学组装优于物理吸附。重要的是，我们发现制备的溶液中分离的 FeSx 被 PAC 物理吸附，从而允许在 S-ZVI 上化学组装 FeSx。这是通过控制Na2S和PAC的添加顺序来实现的，因为它有效地控制了制备溶液中Fe(II)的释放速率和含量。 S-ZVI/PAC 被证明在模拟废水和动电渗透反应屏障 (EK-PRB) 处理中极其有效。 PAC的引入丰富了硫化机制的多样性，并可能实现S-ZVI/PAC应用场景的通用性。 这项研究为S-ZVI面向环境应用的针对性设计提供了一种新的界面优化策略。
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