SCI
SCIE
SCOPUS
Effects of reactive oxidants generation and capacitance on photoelectrochemical water disinfection with self-doped titanium dioxide nanotube arrays
저자
Cho, Kangwoo ; Lee, Seonggeun ; Kim, Hyeonjeong ; Kim, Hyung-Eun ; Son, Aseom ; Kim, Eun-ju ; Li, Mengkai ; Qiang, Zhimin ; Hong, Seok Won
발행기관
학술지명
권호사항
-
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
-
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>We herein provide photoelectrochemical (PEC) disinfection activities of anodically prepared TiO<SUB>2</SUB> nanotube (TNT) arrays (diameter ˜ 100 nm, length ˜ 16 μm on average) that were electrochemically self-doped before (bk-TNT) and after (bl-TNT) an atmospheric annealing at 450 °C. The X-ray diffraction indicated predominating anatase TiO<SUB>2</SUB> signal on bl-TNT, while substantial lattice distortion was noticed for bk-TNT. Although the X-ray photoelectron spectra indicated negligible Ti<SUP>3+</SUP> on surface of both TNTs, linear sweep (cyclic) voltammetry and electrochemical impedance spectrometry confirmed the bk-TNT to show greater double layer capacitance and overall photocurrent, coupled with lower charge transfer resistance. Nevertheless, the PEC disinfection of <I>E. coli</I> was significantly invigorated on bl-TNT, while the bactericidal rates in tap water were comparable or even far greater than those in 0.1 M Na<SUB>2</SUB>SO<SUB>4</SUB> solutions, depending on [<I>E. coli</I>]<SUB>0</SUB> (10<SUP>5</SUP> or 10<SUP>7</SUP> CFU/mL). Under a presumed diffusion-controlled kinetic regime in this study, observed effects of capacitance and electrolyte could be interpreted in terms of electrostatic interaction between the electrical double layer of photoanodes and charged bio-solids, such as repulsion by co-ions (SO<SUB>4</SUB> <SUP>2−</SUP>) and adsorption/surface blocking. Analogous PEC experiments on model organic compounds degradation (4-chlorophenol and methylene blue) corroborated a long-term stability of the bl-TNT (up to 30 consecutive cycles) and the role of surface hydroxyl radical as the primary oxidant.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Self-doped anatase (bl-TNT) and amorphous TiO<SUB>2</SUB> nanotube (bk-TNT) were interrogated. </LI> <LI> Lower double layer capacitance of bl-TNT led to higher PEC disinfection of <I>E. coli</I>. </LI> <LI> PEC bactericidal rates in tap water were similar or greater than in Na<SUB>2</SUB>SO<SUB>4</SUB> solution. </LI> <LI> Electrostatic interaction between photoanode and bio-solids determined the kinetics. </LI> <LI> Commercial applicability for point-of-use disinfection was demonstrated. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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