单原子Zr嵌入Ti₄O₇阳极合与层次的CuFe₂O₄粒子电极,以实现实际制药废水的高效电氧化

科学领域:

• 环境科学与工程环境科学与工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 电催化氧化面临的挑战包括低效率,缓慢的质量转移,以及污染物降解的高能耗.
• 制药废水含有持久性有机污染物,造成环境风险.
• 先进的氧化过程对于有效的水处理至关重要.

研究的目的:

• 开发一个协同作用的电催化系统,以有效地清除药品和制药废水.
• 为了研究单原子Zr嵌入的Ti4O7 (Zr/Ti4O7) 作为阳极和层次的CuFe2O4 (CFO) 微球作为微电极的性能.
• 通过DFT计算和实验性表征,阐明电氧化性能增强背后的机制.

主要方法:

• 制造一个原子Zr嵌入的Ti4O7和层次的CuFe2O4微球.
• 使用这些材料在通流反应堆中设计和实施协同作用的电催化系统.
• 模型药物的降解 (atenolol, florfenicol,二二) 和实际的制药废水.
• 对降解效率,COD减少,能源消耗和系统稳定性的分析.
• 密度函数理论 (DFT) 计算,以了解反应机制和表面特性.

主要成果:

• 在120分钟内实现了阿提诺洛尔 (98.8%),佛洛芬尼科尔 (93.4%) 和二二 (85.5%) 的高降解效率.
• 实际制药废水中的化学氧气需求 (COD) 从432到88.6毫克L-1在150分钟内减少.
• 证明能耗较低 (25.67千瓦时/立方米),稳定性优越,环境适应性强.
• DFT的计算表明,由于单原子Zr负载和Zr/Ti4O7.7上的氧空缺,反应能量障碍降低了.
• 层次化的CFO结构和电极之间的协同效应显著提高了系统性能.

结论:

• 配合Zr/Ti4O7阳极和CFO微电极的协同电催化系统对于药品污染物去除非常有效.
• 单原子兴奋剂和等级结构是设计先进电催化剂的有希望的策略.
• 这种方法为制药废水处理提供了可持续和高效的解决方案.