SCOPUS
SCIE
Sonocatalytic reduction of nitrate using magnetic layered double hydroxide: Implications for removal mechanism
저자
Wong, Kien Tiek ; Saravanan, Pichiah ; Nah, In Wook ; Choi, Jaeyoung ; Park, Chulhwan ; Kim, Namchan ; Yoon, Yeomin ; Jang, Min
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
799-809(11쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>In this study, magnetic layered double hydroxides (mag-LDHs) were synthesized through compositing magnetite with three different metals (Mg, Cu and Al) under ultrasound (US, 100 kHz frequency and 50 W power). For the first time, mag-LDHs were applied to sonocatalytic reduction of nitrate (NO<SUB>3</SUB> <SUP>−</SUP>) and the reduction mechanism were determined by conducting kinetic tests and various spectroscopic analyses. Based on the kinetic data, NO<SUB>3</SUB> <SUP>−</SUP> reduction and the selectivity for N<SUB>2</SUB> highly depends on the ratio between Mg/Al, solution pH and sonication frequency. The best condition for sonocatalytic denitrification was found to be pH 7 operated under 100 kHz (50% power) using the catalyst with lowest amount of Al (mag-LDH-Al<SUB>0.3</SUB>Mg<SUB>1.5</SUB>). As a proposed mechanism, NO<SUB>3</SUB> <SUP>−</SUP> is initially reduced to NO<SUB>2</SUB> <SUP>−</SUP> by Cu<SUP>0</SUP>, and then further reduced to N<SUB>2</SUB>/NH<SUB>4</SUB> <SUP>+</SUP> by Mg<SUP>0</SUP>. Hypothetically Al<SUP>0</SUP> could provide sorption sites for hydrogen radicals (·H) dissociated from ultrasound, hence served as reducing sites in denitrification process. The XPS analysis showed an increased peak of Cu<SUP>0</SUP> after the sonocatalytic reduction when catalyst has lower amount of Al. The excessive hydrogen adsorbed on Al<SUP>0</SUP> might spill-over to the adjacent Cu, thus reducing the CuO into Cu<SUP>0</SUP> at high temperature created by the implosion of the microbubbles. Without the use of consumable reducing agents (i.e. H<SUB>2</SUB> gas), sonocatalytic reduction could be a potential candidate of remediation method to treat NO<SUB>3</SUB> <SUP>−</SUP> polluted water with high N<SUB>2</SUB> selectivity and easy magnetic recovery.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Sonocatalytic reduction of NO<SUB>3</SUB> <SUP>−</SUP> was studied for the first time. </LI> <LI> Magnetically separable Mag-LDH was synthesized via ultrasound irradiation. </LI> <LI> Denitrification occurs without reducing chemicals. </LI> <LI> High selectivity for N<SUB>2</SUB> was achieved by mag-LDH under sonication. </LI> <LI> Solution pH and percentage of Mg play an important role in denitrification. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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