当前位置:
X-MOL 学术
›
J. Clean. Prod.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Co-governance of iron speciation and carbon phase on Fenton-like reaction triggered by Fe-enriched industrial sludge derived biochar
Journal of Cleaner Production ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-12-17 , DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.144516 Wenjia Wei, Xiaofei Wen, Shengkun Zhang, Lvren Lin, Jinmei Zhu, Jianming Yu, Jiansheng Li, Zimo Lou, Xinhua Xu
Journal of Cleaner Production ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-12-17 , DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.144516 Wenjia Wei, Xiaofei Wen, Shengkun Zhang, Lvren Lin, Jinmei Zhu, Jianming Yu, Jiansheng Li, Zimo Lou, Xinhua Xu
Upcycling iron-rich industrial sludge into Fe-enriched biochar for triggering Fenton-like reaction is proposed as a ‘waste control by waste’ idea. However, the structure-activity relationship between biochar and its decontamination performance remains largely unclear. Herein, with primary sludge (from a textile dyeing industry) derived biochar (PSDB) as a representative, we unveil that the activation of H2O2 (6 mM) by PSDB (1 g L−1) for 4-chlorophenol (4-CP) removal highly depends on the iron speciation and carbon phase. With rising pyrolysis temperature, Fe minerals in PSDB undergo valence change from amorphous tri- and divalent Fe oxides (PSDB-400) to crystalline Fe3O4 (PSDB-600), Fe0 (PSDB-800), and partially evolve to iron phosphide and sulfide (PSDB-1000). Correspondingly, aliphatic labile fraction and dissolved carbon phase in PSDB-400 evolve into aromatic stable fraction and undissolved phase in PSDB-1000, as suggested by 83.5% reduction in dissolved organic carbon, and 50.1% increase in aromatic carbon proportion. PSDB-400/PSDB-600 tends to degrade 4-CP by leached Fe2+-mediated homogeneous Fenton reaction, while PSDB-800/PSDB-1000 achieves rapid 4-CP adsorption and subsequent oxidation through homogeneous/heterogeneous H2O2 activation. Reusability test confirms the potential of PSDB-400 as sustaining Fe2+ donors for H2O2 activation, and the robustness of PSDB-1000 for multiple adsorption-oxidation cycles. This study provides guidance on designing sludge-derived engineered biochar for wastewater purification.
中文翻译:
富铁工业污泥衍生生物炭引发的 Fenton 样反应中铁形态和碳相的共控
将富含铁的工业污泥升级回收成富含铁的生物炭以触发 Fenton 反应被提议为“废物控制废物”的想法。然而,生物炭与其去污性能之间的结构-活性关系在很大程度上仍不清楚。在本文中,以初级污泥(来自纺织印染工业)衍生的生物炭 (PSDB) 为代表,我们揭示了 PSDB (6 g L −1 ) 对 H 2 O 2 (1 mM) 的活化以去除 4-氯苯酚 (4-CP) 在很大程度上取决于铁形态和碳相。随着热解温度的升高,PSDB 中的 Fe 矿物发生从无定形三价和二价 Fe 氧化物 (PSDB-400) 到结晶 Fe 3 O 4 (PSDB-600)、Fe 0 (PSDB-800) 的价态变化,并部分演变为磷化铁和硫化物 (PSDB-1000)。相应地,PSDB-400 中的脂肪族不稳定馏分和溶解碳相在 PSDB-1000 中演变为芳香族稳定馏分和未溶解相,溶解有机碳减少 83.5%,芳烃比例增加 50.1%。PSDB-400/PSDB-600 倾向于通过浸出 Fe 2+ 介导的均相 Fenton 反应降解 4-CP,而 PSDB-800/PSDB-1000 通过均相/非均相 H 2 O 2 活化实现快速 4-CP 吸附和随后的氧化。可重用性测试证实了 PSDB-400 作为 H 2 O 2 活化的维持 Fe 2+ 供体的潜力,以及 PSDB-1000 在多个吸附-氧化循环中的稳健性。本研究为设计用于废水净化的污泥衍生工程生物炭提供了指导。
更新日期:2024-12-21
中文翻译:
富铁工业污泥衍生生物炭引发的 Fenton 样反应中铁形态和碳相的共控
将富含铁的工业污泥升级回收成富含铁的生物炭以触发 Fenton 反应被提议为“废物控制废物”的想法。然而,生物炭与其去污性能之间的结构-活性关系在很大程度上仍不清楚。在本文中,以初级污泥(来自纺织印染工业)衍生的生物炭 (PSDB) 为代表,我们揭示了 PSDB (6 g L −1 ) 对 H 2 O 2 (1 mM) 的活化以去除 4-氯苯酚 (4-CP) 在很大程度上取决于铁形态和碳相。随着热解温度的升高,PSDB 中的 Fe 矿物发生从无定形三价和二价 Fe 氧化物 (PSDB-400) 到结晶 Fe 3 O 4 (PSDB-600)、Fe 0 (PSDB-800) 的价态变化,并部分演变为磷化铁和硫化物 (PSDB-1000)。相应地,PSDB-400 中的脂肪族不稳定馏分和溶解碳相在 PSDB-1000 中演变为芳香族稳定馏分和未溶解相,溶解有机碳减少 83.5%,芳烃比例增加 50.1%。PSDB-400/PSDB-600 倾向于通过浸出 Fe 2+ 介导的均相 Fenton 反应降解 4-CP,而 PSDB-800/PSDB-1000 通过均相/非均相 H 2 O 2 活化实现快速 4-CP 吸附和随后的氧化。可重用性测试证实了 PSDB-400 作为 H 2 O 2 活化的维持 Fe 2+ 供体的潜力,以及 PSDB-1000 在多个吸附-氧化循环中的稳健性。本研究为设计用于废水净化的污泥衍生工程生物炭提供了指导。