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Development of an Electrochemical Ceramic Membrane Filtration System for Efficient Contaminant Removal from Waters
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2018-03-21 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.est.7b06407 Junjian Zheng 1 , Zhiwei Wang 1, 2 , Jinxing Ma 3 , Shaoping Xu 1 , Zhichao Wu 1
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2018-03-21 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.est.7b06407 Junjian Zheng 1 , Zhiwei Wang 1, 2 , Jinxing Ma 3 , Shaoping Xu 1 , Zhichao Wu 1
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Inability to remove low-molecular-weight anthropogenic contaminants is a critical issue in low-pressure membrane filtration processes for water treatment. In this work, a novel electrochemical ceramic membrane filtration (ECMF) system using TiO2@SnO2–Sb anode was developed for removing persistent p-chloroaniline (PCA). Results showed that the ECMF system achieved efficient removal of PCA from contaminated waters. At a charging voltage of 3 V, the PCA removal rate of TiO2@SnO2–Sb ECMF system under flow-through mode was 2.4 times that of flow-by mode. The energy consumption for 50% of PCA removal for TiO2@SnO2–Sb ECMF at 3 V under flow-through mode was 0.38 Wh/L, much lower than that of flow-by operation (1.5 Wh/L), which was attributed to the improved utilization of the surface adsorbed HO· and dissociated HO· driven by the enhanced mass transfer of PCA toward the anode surface. Benefiting from the increased production of reactive oxygen species such as O2•–, H2O2, and HO· arising from excitation of anatase TiO2, TiO2@SnO2–Sb ECMF exhibited a superior electrocatalytic activity to the SnO2–Sb ECMF system. The degradation pathways of PCA initiated by OH· attack were further proposed, with the biodegradable short-chain carboxylic acids (mainly formic, acetic, and oxalic acids) identified as the dominant oxidized products. These results highlight the potential of the ECMF system for cost-effective water purification.
中文翻译：
电化学陶瓷膜过滤系统的开发，可有效去除水中的污染物
在用于水处理的低压膜过滤过程中，无法去除低分子量人为污染物是一个关键问题。在这项工作中，开发了使用TiO 2 @SnO 2 -Sb阳极的新型电化学陶瓷膜过滤（ECMF）系统，用于去除持久性对氯苯胺（PCA）。结果表明，ECMF系统可有效去除污水中的PCA。在3 V的充电电压下，流通模式下TiO 2 @SnO 2 -Sb ECMF系统的PCA去除率是流通模式的2.4倍。TiO 2 @SnO 2去除50％PCA的能耗在流通模式下3 V时–Sb ECMF为0.38 Wh / L，远低于流通操作（1.5 Wh / L），这归因于表面吸附的HO·和离解的HO·的利用率提高。由PCA向阳极表面的传质增强驱动。得益于锐钛矿TiO 2激发而产生的活性氧，例如O 2 •–，H 2 O 2和HO·的增加，TiO 2 @SnO 2 –Sb ECMF表现出优于SnO 2的电催化活性。–Sb ECMF系统。进一步提出了由OH·攻击引发的PCA的降解途径，其中可生物降解的短链羧酸（主要是甲酸，乙酸和草酸）被确定为主要的氧化产物。这些结果凸显了ECMF系统在经济高效的水净化方面的潜力。
更新日期：2018-03-21
中文翻译：
电化学陶瓷膜过滤系统的开发，可有效去除水中的污染物
在用于水处理的低压膜过滤过程中，无法去除低分子量人为污染物是一个关键问题。在这项工作中，开发了使用TiO 2 @SnO 2 -Sb阳极的新型电化学陶瓷膜过滤（ECMF）系统，用于去除持久性对氯苯胺（PCA）。结果表明，ECMF系统可有效去除污水中的PCA。在3 V的充电电压下，流通模式下TiO 2 @SnO 2 -Sb ECMF系统的PCA去除率是流通模式的2.4倍。TiO 2 @SnO 2去除50％PCA的能耗在流通模式下3 V时–Sb ECMF为0.38 Wh / L，远低于流通操作（1.5 Wh / L），这归因于表面吸附的HO·和离解的HO·的利用率提高。由PCA向阳极表面的传质增强驱动。得益于锐钛矿TiO 2激发而产生的活性氧，例如O 2 •–，H 2 O 2和HO·的增加，TiO 2 @SnO 2 –Sb ECMF表现出优于SnO 2的电催化活性。–Sb ECMF系统。进一步提出了由OH·攻击引发的PCA的降解途径，其中可生物降解的短链羧酸（主要是甲酸，乙酸和草酸）被确定为主要的氧化产物。这些结果凸显了ECMF系统在经济高效的水净化方面的潜力。
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