Een van de meest prominente kwalen van snelle industrialisatie is de uitstoot van giftige verontreinigende stoffen in de omringende biosfeer, met vaak desastreuze gevolgen voor de mens. Verschillende industriële processen, zoals chemische productie en drukwerk, samen met faciliteiten zoals elektriciteitscentrales stoten vluchtige organische stoffen (VOS) uit waarvan bekend is dat ze kankerverwekkend zijn en die een belangrijk milieuprobleem doen ontstaan ​​dat een oplossing behoeft. traditioneel, VOS worden gecontroleerd via een proces dat katalytische oxidatie wordt genoemd, waarin ze worden omgezet in goedaardige materialen in aanwezigheid van edele metalen (bijvoorbeeld goud, zilver, en platina) nanodeeltjes. Echter, het proces is duur en vereist een fijnafstemming van de eigenschappen van nanodeeltjes. Dus, een katalytisch proces dat geen edelmetaalkatalysatoren vereist, is zeer wenselijk. Hoewel overgangsmetalen en hun oxiden een mogelijk alternatief zijn, ze vereisen complexe syntheses en nauwkeurige controle van de chemische samenstelling.

Dus, kunnen we het beter doen dan dit? Blijkt, wij kunnen. Een team van wetenschappers onder leiding van Prof. Takashi Shirai van het Nagoya Institute of Technology (NITech), Japan, rapporteerde een volledige katalytische ontleding van VOS met behulp van een anorganische verbinding genaamd hydroxyapatiet (HAp), een natuurlijk voorkomende vorm van het mineraal calciumfosfaat dat het grootste deel van de menselijke botstructuur vormt. "HAp is gemaakt van elementen die overvloedig aanwezig zijn in de natuur, is niet-toxisch en vertoont een hoge biocompatibiliteit. onze resultaten, dus, opende een nieuwe mogelijkheid voor het ontwerpen van goedkope, edelmetaalvrije katalysatoren voor VOC-controle, " zegt prof. Shirai.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , Prof. Shirai en zijn collega Yunzi Xin van NITech gaan nu verder door het actieve oppervlak van HAp aan te passen met behulp van een mechanochemische behandeling onder omgevingsomstandigheden die leidt tot een zeer efficiënte katalytische oxidatie van VOS met 100% conversie naar onschadelijke verbindingen! specifiek, ze mengden aanvankelijk HAp met keramische ballen in een vat en voerden planetaire kogelmalen uit bij kamertemperatuur en omgevingsdruk. Dit veranderde in wezen de chemische structuur van HAp en maakte selectieve afstemming mogelijk door simpelweg de balgrootte te veranderen.

Door verschillende balgroottes te gebruiken (3, 10, en 15 mm) om de morfologie systematisch te variëren, kristalliniteit, oppervlaktedefecten/zuurstoftekort, zuurgraad/basiciteit, en VOC-affiniteit van HAps, de wetenschappers voerden hun karakterisering uit met behulp van verschillende technieken zoals scanning-elektronenmicroscopie, poeder röntgendiffractie, Fourier-transformatie infraroodspectrometrie, Röntgen foto-elektrische pectroscopie, elektron spin resonantie analyse, evaluatie van de zuurgraad/basischheid van het oppervlak, en gasstromende diffuse reflectie-infrarood Fourier-transformatiespectroscopie.

Ze observeerden een overheersende vorming van zuurstofvacatures in de PO43- (drievoudig geladen PO4)-site samen met een verbeterde populatie van de basissite veroorzaakt door een selectieve mechanochemische activering van het c-vlak (vlak loodrecht op de symmetrie-as) van het hexagonale HAp-kristal en toegeschreven aan de uitstekende katalytische omzetting van VOS in CO ₂ /CO.

Bovendien, ze ontdekten dat HAps behandeld met ballen van 3 mm een ​​superieure katalytische activiteit vertoonden ten opzichte van die behandeld met ballen van 10 en 15 mm, hoewel grotere ballen meer defecten en basiciteit veroorzaakten. Door te kijken naar de oppervlakte-absorptie van een VOS, Ethylacetaat, wetenschappers schreven deze anomalie toe aan de geremde absorptie van ethylacetaat in HAp behandeld met grotere ballen, wat leidt tot onderdrukte katalyse.

De resultaten hebben wetenschappers enthousiast gemaakt over de toekomstperspectieven van HAps. "We verwachten dat onze katalysator in het komende decennium een ​​aanzienlijke bijdrage zal leveren aan de beheersing van VOS en de reiniging van het milieu over de hele wereld, het behalen van de duurzame doelen van schone lucht en water, betaalbare energie, en klimaatactie, " merkt prof. Shirai op.

Inderdaad, dit is een enorme stap in de richting van een meer milieuvriendelijke samenleving.