Fluorareen (FA)-derivaten krijgen steeds meer aandacht vanwege hun wijdverbreide toepassingen in de synthese van farmaceutische producten, landbouwchemicaliën en organische verbindingen met speciale functies. Als gevolg van hun brede toepassing veroorzaken de geloosde FA's in industrieel afvalwater echter ernstige milieuvervuiling.

De toxiciteit, persistentie en bioaccumulatie van FA's vormen aanzienlijke risico's voor ecosystemen en de menselijke gezondheid. Als typische FA wordt 4-fluorfenol (4-FP) bijvoorbeeld erkend als kankerverwekkend in het register van toxische effecten van chemische stoffen.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Can Li van het Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy Sciences, heeft een synchroon defluorering-oxidatieproces gerapporteerd voor efficiënte afbraak van FA's met foto-elektrokatalyse (PEC). De aanpak was gekoppeld aan de fotolyse-defluorering met •OH-geïnitieerde oxidatieprocessen.

De resultaten worden gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis

Er zijn twee fundamentele uitdagingen die moeten worden aangepakt met betrekking tot de degradatie van FA's. Ten eerste de splitsing van C‒F-bindingen, wat van cruciaal belang is om de vorming van toxische of persistente gefluoreerde bijproducten te voorkomen. Ten tweede de volledige oxidatie van gedefluoreerde tussenproducten, zoals aromatische of alifatische derivaten, die essentieel is om de sanering van het aquatisch milieu mogelijk te maken. Een efficiënt proces voor de eliminatie van FA's moet zowel een hoge defluoreringsefficiëntie als een hoge oxidatieactiviteit bereiken.

Hoewel er veel pogingen zijn gedaan om afbraakmethoden voor FA's te ontwikkelen, is de splitsing van C-F-bindingen met behulp van elektron-deficiënte oxidanten onder oxidatieve omstandigheden inefficiënt vanwege de hoge elektronegativiteit van fluor. Bovendien is de toepassing van een reductie-defluoreringsproces beperkt vanwege de hoge kosten en strikte reactieomstandigheden, zoals de vereiste van katalysatoren op basis van edele metalen of een inerte atmosfeer. Daarom is het dringend nodig om efficiënte en milieuvriendelijke technologieën te ontwikkelen voor de volledige afbraak van FA's in afvalwater onder milde omstandigheden.

In hun onderzoek bereikten de onderzoekers zowel efficiënte defluorering als TOC-verwijdering (beide meer dan 99,9%) onder milde omstandigheden. Hun artikel beschrijft het opschalingsproefsysteem dat ze hebben ontworpen om de diepgaande behandeling van FA's voor praktische toepassing aan te tonen.

Meer informatie: Haibo Chi et al, Een synchroon defluorering-oxidatieproces voor efficiënte mineralisatie van fluorarenen met foto-elektrokatalyse, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64559-0

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen