Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Wetenschappers ontwerpen bifunctionele katalysatoren om problemen met milieuvervuiling aan te pakken

Hun werk is gepubliceerd in het tijdschrift Polyoxometalates .

De bifunctionele katalysator van het team vertoont bevredigende katalytische prestaties voor de selectieve oxidatie van 2-chloorethylethylsulfide (CEES) tot overeenkomstig sulfoxide (CEESO) en fotodegradatie tot fenol, CEES en m-cresol onder zichtbaar licht. Een bifunctionele katalysator is een katalysator die zowel zure als basische katalytische functies vervult.

De afgelopen jaren heeft het probleem van de organische gevaarlijke stoffen die vervuiling veroorzaken aanleiding gegeven tot grote bezorgdheid. Wetenschappers hebben hun werk geconcentreerd op het ontwikkelen van redelijke methoden voor het afbreken van deze organische gevaarlijke stoffen. CEES, of mosterdgas, is een chemisch oorlogsmiddel dat ernstige huidziekten, sterke irritatie van de luchtwegen en zelfs de dood veroorzaakt.

Sinds mosterdgas voor het eerst werd gebruikt in de Eerste Wereldoorlog, hebben onderzoekers manieren gezocht om dit chemische oorlogsmiddel te ontgiften. M-cresol is een organische verbinding die wordt gewonnen uit koolteer en wordt gebruikt bij de productie van andere chemicaliën, waaronder pesticiden. Het is bijtend voor de ogen, de huid en de luchtwegen.

Fenolverontreinigende stoffen blijven vaak aanwezig in vervuild afvalwater dat afkomstig is van industrieel, landbouw- en huishoudelijk werk. Zodra ze in de watersystemen terechtkomen, kunnen fenolverontreinigende stoffen zeer schadelijk zijn voor mens en milieu. Deze verontreinigende stoffen kunnen acuut giftig zijn en zelfs de dood van dieren, vogels of vissen veroorzaken.

Ze kunnen ook de groei van planten belemmeren of planten doden. Wetenschappers hebben gewerkt aan het ontwerpen door middel van synthese van nieuwe bifunctionele katalysatoren die dit soort gevaarlijke verontreinigende stoffen kunnen omzetten in afbraakproducten met een lage toxiciteit. Tot nu toe zijn wetenschappers er echter niet in geslaagd hoogdimensionale, interpenetrerende metaal-organische raamwerken te bereiden die kunnen fungeren als bifunctionele katalysatoren die CEES tot CEESO kunnen oxideren en fenolverbindingen onder zichtbaar licht kunnen afbreken.

Polyoxometalaten (POM's) zijn een soort anorganische metaaloxideclusters met diverse architecturale structuren en aantrekkelijke eigenschappen. Vanwege hun brede scala aan structuren en functionaliteiten zijn ze een van de meest bruikbare klassen van anorganische moleculaire materialen. Binnen de POM-familie hebben polyoxovanadaten (POV's) steeds meer aandacht gekregen van wetenschappers vanwege hun diverse structuren en opmerkelijke eigenschappen.

De onderzoekers gebruikten een bis-pyridyl-bis-amideligand om het nieuwe POV-gebaseerde metaal-organische raamwerk te construeren. Vervolgens bestudeerden ze het op 3D POV gebaseerde metaal-organische raamwerk met behulp van röntgendiffractieanalyse met één kristal, IR-spectroscopie en poederröntgendiffractie. "Het lange kenmerk van het op amide gebaseerde ligand induceert de vorming van de ongebruikelijke tweevoudige interpenetrerende structuur", zegt Guo-Cheng Liu, universitair hoofddocent aan de Bohai Universiteit.

De bifunctionele katalysator van het team katalyseerde met succes de selectieve oxidatie van het giftige CEES tot het overeenkomstige, veiligere sulfoxide in aanwezigheid van H2 O2 , of waterstofperoxide, als een milieuvriendelijk oxidatiemiddel. Het werkte onder zichtbaar licht met effectieve recycleerbaarheid en stabiliteit. De succesvolle conversie was groter dan 99 procent en de selectiviteit was 97 procent.

Bovendien vertoonde de bifunctionele katalysator onder zichtbaar licht een uitstekende fotokatalytische afbraakactiviteit ten opzichte van fenol, CEES en m-cresol. Het team behaalde met succes een degradatie-efficiëntie van meer dan 92,6 procent gedurende 140 minuten.

Ze onderzochten ook in detail de fotokatalytische reactiekinetiek, de mechanismen van fotodegradatie en het recyclingvermogen van fenol. "Dit werk biedt belangrijke richtlijnen voor de ontwikkeling van nieuwe op POV's gebaseerde bifunctionele katalysatoren voor decontaminatie van water", aldus Liu.

Meer informatie: Shuang Li et al., Nieuw tweevoudig interpenetrerend 3D-polyoxovanadaat-gebaseerd metaal-organisch raamwerk als bifunctionele katalysator voor de verwijdering van 2-chloorethylethylsulfide en fenolverbindingen, Polyoxometalaten (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140061

Aangeboden door Tsinghua University Press




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Make-up wetenschapsprojecten
  2. Nieuw deep learning-model gebruikt video om de embryonale ontwikkeling te meten
  3. Zwarte neushoorn keert terug naar Tsjaad na deal met Zuid-Afrika
  4. Jouw ochtendkoffie kan meer dan een half miljoen jaar oud zijn
  5. Het vinden van een dodelijke parasieten kwetsbaarheden
  6. Bepaling van allelfrequenties
  7. Onderzoekers testen intelligentie van Afrikaanse grijze papegaai
  8. Bonobo's helpen vreemden ongevraagd
  9. Verwarde walvis blokkeert de jachthaven van Marseille

Wetenschap