science >> Wetenschap >  >> Chemie

Gebruik van geradicaliseerde NOₓ-derivaten op metaaloxiden

Grafisch beeld van het onderzoek. Krediet:Korea Institute of Science and Technology (KIST)

NEE x (X=1 of 2) uitgestoten door stationaire/mobiele bronnen worden gewoonlijk als berucht beschouwd, antropogene voorlopers van ultrafijnstof (PM2.5) omdat NO x kan een reeks SO . ondergaan 2 -geassisteerde fotochemische transformatieve stadia om uiteindelijk PM2.5 te ontwikkelen dat functioneert als een luchtverontreinigende stof. Onlangs, een onderzoeksgroep in Zuid-Korea corrigeert de algemene notie van NO x (zie hierboven) door een interessant middel voor te stellen om NO . te exploiteren x op creatieve wijze.

Het Korea Institute of Science and Technology (KIST) heeft aangekondigd dat een KIST-onderzoeksgroep met hoofdonderzoekers van Dr. Jongsik Kim en Dr. Heon Phil Ha heeft samengewerkt met een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Keunhong Jeong in de Korea Military Academy ( KMA) om NO . te enten 3 - soorten op een metaaloxide via chemische fusie tussen NO x en O 2 onder een lage thermische energie (≤ 150 °C). De resulterende ondersteunde NO 3 - soorten kunnen vervolgens worden geradicaliseerd om NO . te genereren 3 analogen die dienen als afbrekers van vuurvaste organische stoffen die aanwezig zijn in afvalwater.

Waterige recalcitrante verbindingen, waaronder fenolen en bisfenol A, worden typisch geëlimineerd uit watermatrices via sedimentatie met behulp van coagulanten of via afbraak tot H 2 O en CO Y (Y=1 of 2) met de injectie van OH-shuttles zoals H 2 O 2 , O 3 , enz. Echter, deze methoden vereisen extra stappen om stollingsmiddelen terug te winnen of lijden aan een korte levensduur en/of aangeboren chemische instabiliteiten OH, H 2 O 2 , en O 3 , waardoor de duurzaamheid van H . ernstig wordt beperkt 2 O-zuiveringsprocessen die momenteel worden gecommercialiseerd.

Als vervanging van OH, NEE 3 kan bijzonder aantrekkelijk zijn vanwege de langere levensduur en/of het grotere oxidatiepotentieel in vergelijking met OH, OOH, of O 2 •- , daardoor wordt voorspeld dat het de efficiëntie verbetert bij het afbreken van waterige verontreinigende stoffen ten opzichte van de andere hierboven genoemde radicalen. Hoe dan ook, NEE 3 productie is niet triviaal en heeft een heleboel beperkingen, zoals de behoefte aan sterk geactiveerde elektronen in de aanwezigheid van een radioactief element of zeer zure omgevingen.

Dr. Kim en collega's maken het levensvatbaar onder een afvalwater, waaronder H 2 O 2 en nee 3 - -gefunctionaliseerd mangaanoxide dat mangaansoorten aan de oppervlakte brengt (Mn 2+ /Mn 3+ ) activeer eerst H 2 O 2 voor de vorming van OH, terwijl OH activeert vervolgens NO 3 - functionaliteit voor de overgang naar NO 3 (aangeduid als OH → NEE 3 ), die allemaal worden bewezen door technieken voor dichtheidsfunctionele berekening (DFT) naast een aantal controle-experimenten.

Schematische weergave van (A)H2O2-splitsingscyclus op Mnn+-soorten aan het oppervlak (n=2 of 3) en radicaaloverdracht van oppervlakte-ongebonden OH-radicaal naar NO2-radicaal of NO3-radicaalspecies ondersteund op α-/β-/γ-MnO2-oppervlakken (NO2 radicale SUP of NO3 radicale SUP), wat leidt tot de productie van gedragen NO2-radicaal (NO2-radicaal SUP in B) dat wordt gebruikt voor het afbreken van waterige verontreinigende stoffen. Illustratie van poreuze architecturen voor α-MnO2(D). Krediet:Korea Institute of Science and Technology (KIST)

De resulterende NO 3 soorten bleken de afbraakefficiëntie van textielafvalwater vijf- of zevenvoudig te verhogen in vergelijking met die van conventionele radicalen ( OH/ OOH/O 2 •- ). van belang, de katalysator (NO 3 - -gefunctionaliseerd mangaanoxide) dat hierin wordt ontdekt, is ~30% goedkoper dan een traditionele commerciële katalysator (ijzerzout) en kan in massa worden geproduceerd. Van extra betekenis, de katalysator is tien keer of meer herbruikbaar. Dit in tegenstelling tot een traditionele katalysator die slechts eenmalig gebruik garandeert bij het afbreken van waterige verontreinigende stoffen via homogene H 2 O 2 splitsing ( OH-generatie).

Dr. Kim merkt op dat "The OH → NEE 3 technologie is gepatenteerd en verkocht aan een binnenlands bedrijf (SAMSUNG BLUETECH). Gezien de vele voordelen van de katalysator die is gemodificeerd met NO 3 - functionaliteiten, in principe verwachten we de katalysator zo snel in een afvalwaterzuiveringsinstallatie te installeren."

Het onderzoek is gepubliceerd in JACS Au .