Preparation and Electrocatalytic Degradation Properties and Mechanism of Organic Pollutants of Solid Waste-based Aerogel Particle Electrode

doi:10.7503/cjcu20240320

Chem. J. Chinese Universities ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 20240320.doi: 10.7503/cjcu20240320

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Preparation and Electrocatalytic Degradation Properties and Mechanism of Organic Pollutants of Solid Waste-based Aerogel Particle Electrode

LI Yun¹, LI Hongyan¹^,²(), ZHANG Feng¹, XIAO Zijun³, WANG Fang⁴^,⁵, CUI Jiali¹, YANG Qun¹

^1.Shanxi Municipal Engineering Graduate Education Innovation Center，College of Environmental Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Jinzhong 030600，China
^2.Department of Architecture and Civil Engineering，Lüliang University，Lüliang 033001，China
^3.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment，School of Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China
^4.Research Center for Edible Fungi，Biological Institute of Shanxi Province，Taiyuan 030006，China
^5.Shanxi Key Laboratory of Edible Fungi for Loess Plateau，Taigu 030801，China

Received:2024-06-28 Online:2024-10-10 Published:2024-09-11
Contact: LI Hongyan E-mail:lhy3162@126.com
Supported by:
the Key Research and Development Project of Introducing High-level Scientific and Technological Talents in Lvliang, China(2021RC-1-22);the General Project of Natural Science Research of Shanxi Province, China(20220302121060);the Postgraduate Innovation Project of Shanxi Province, China(2023SJ085)

Abstract

Abstract:

Waste bacteria stick（MS） and red mud（RM） were calcined to obtain powdered waste bacteria stick red mud biochar（MSRMBC）. The aerogel particle electrode（MSRMBC@SA） was prepared by embedding MSRMBC with sodium alginate（SA） as the skeleton by suspension titration CaCl₂ method. The electrode was characterized by scanning electron microscope（SEM）， energy dispersive spectrom（EDS）， fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）， X-ray diffraction（XRD）， N₂ adsorption-desorption（BET） and cyclic voltammetric curve（CV）. The three- dimensional electrofenton system（3D-EF-MSRMBC@SA） was constructed by MSRMBC@SA. Using carbamazepine（CBZ） as the model compound， the effects of MSRMBC@SA dosage， voltage， aeration rate and pH on the electrocatalytic performance of MSRMBC@SA were investigated. Under the optimal degradation conditions， the degradation rate of CBZ（10 mg/L） was 86. 05%. Because MSRMBC@SA has good pH adjustment ability， the system is less affected by pH value. Free radical quenching， electron spin resonance（ESR） and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS） characterization showed that ^· OH was the main active species， and MSRMBC@SA played a key catalytic role in the degradation of CBZ. Further studies show that MSRMBC@SA has good stability， and 3D-EF- MSRMBC@SA has lower energy consumption and better degradation effect than 2D-EF and 3D-EF-MSRMBC. MSRMBC@SA can effectively reduce the biological toxicity of CBZ solution， and has a good application prospect for the actual degradation of CBZ antibiotic wastewater.

Key words: Aerogel particle electrode（MSRMBC@SA）, Advanced oxidation technology（AOPs）, Carbamazepine（CBZ）, Three-dimensional electrofenton system（3D-EF-MSRMBC@SA）, Degradation mechanism

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

LI Yun, LI Hongyan, ZHANG Feng, XIAO Zijun, WANG Fang, CUI Jiali, YANG Qun. Preparation and Electrocatalytic Degradation Properties and Mechanism of Organic Pollutants of Solid Waste-based Aerogel Particle Electrode[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(10): 20240320.

Figures/Tables 8

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Preparation and Electrocatalytic Degradation Properties and Mechanism of Organic Pollutants of Solid Waste-based Aerogel Particle Electrode

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