Met de snelle ontwikkeling van de industrialisatie wordt de watervervuiling steeds ernstiger. De traditionele waterbehandelingsmethode kan organische verontreinigende stoffen niet effectief verwijderen, dus geavanceerde oxidatietechnologie is een mogelijke oplossing geworden.

Als potentieel chemisch oxidatiemiddel kan permanganaat (KMnO₄ ) is uitgebreid bestudeerd voor waterzuivering vanwege de hoge efficiëntie, kosteneffectiviteit en hoge stabiliteit. De slechte stabiliteit en het beperkte oxidatiepotentieel (1,68V) van KMnO₄ zijn toepassingen beperken.

Om deze problemen te overwinnen hebben onderzoekers verschillende innovatieve benaderingen geprobeerd om de reactiviteit van KMnO₄ te vergroten . Helaas belemmeren deze routes, vanwege de toevoeging van giftige en dure chemicaliën en het optreden van secundaire vervuiling, de wetenschappelijke vooruitgang van KMnO₄ sterk. oxidatie naar praktische toepassingen. De afgelopen jaren zijn metaalvrije koolstofmaterialen, vooral koolstofnanobuisjes (CNT), naar voren gekomen als een aantrekkelijk additief voor KMnO₄ oxidatie vanwege hun milieuvriendelijkheid.

CNT is een uitstekende mediator voor elektronenoverdracht en heeft bewezen een 'brug' te zijn om de elektronenafgifte van organische moleculen (elektronendonor) naar persulfaat (elektronenacceptoren) te vergemakkelijken. Dit kan leiden tot oxidatieve afbraak van organische verontreinigingen (OC's), in plaats van conversie van KMnO₄ tot reactieve mangaansoorten.

Om de beperking van massaoverdracht te overwinnen, hebben onderzoekers van de Donghua Universiteit en het Harbin Institute of Technology een doorstroom-KMnO₄ ontworpen en gerealiseerd /CNT-systeem.

Deze studie getiteld "Inzichten in de elektronenoverdrachtsmechanismen van permanganaatactivatie door koolstofnanobuismembraan voor verbeterde afbraak van microverontreinigingen" werd online gepubliceerd in Frontiers of Environmental Science &Engineering .

In deze studie ontwierp het onderzoeksteam een ​​katalytisch CNT-membraan voor KMnO₄ activering richting verbeterde afbraak van microverontreinigingen. Het behandelingseffect van het systeem werd geoptimaliseerd door de juiste bedrijfsparameters te selecteren.

Analyse van experimentele gegevens en theoretische berekeningen onthulde het reactiemechanisme en vergeleek de gebruiksefficiëntie van permanganaat in verschillende systemen. Bovendien werden met behulp van geavanceerde analytische methoden de afbraakroutes van de doelstoffen onthuld en werd de toxiciteit van de tussenproducten geëvalueerd.

Uit hun resultaten bleek dat de doorstroom van KMnO₄ /CNT-systeem presteerde beter dan conventionele batchreactoren. Onder optimale omstandigheden wordt een verwijdering van> 70% bereikt (equivalent aan een oxidatieflux van 2,43 mmol/[u·m ² ]) van 80 μmol/L sulfamethoxazool (SMX)-oplossing kan worden bereikt in de single-pass-modus.

De experimentele analyse en DFT-onderzoeken bevestigden dat CNT directe elektronenoverdracht van organische moleculen naar KMnO₄ zou kunnen bemiddelen , wat resulteert in een hoge gebruiksefficiëntie van KMnO₄ .

Verder de KMnO₄ /CNT-systeem had een uitstekende herbruikbaarheid en CNT kon een langdurige reactiviteit behouden, wat diende als een groene strategie voor de sanering van microverontreinigingen op een duurzame manier. Deze studie demonstreerde niet alleen de potentiële toepassing van CNT als elektronische media in geavanceerde oxidatieprocessen. Bovendien was het systeemontwerp robuust en efficiënt en bood het een nieuwe oplossing voor de sanering van de groene omgeving.

Meer informatie: Xufang Wang et al, Inzichten in de elektronenoverdrachtsmechanismen van permanganaatactivering door koolstofnanobuismembraan voor verbeterde afbraak van microverontreinigingen, Frontiers of Environmental Science &Engineering (2023). DOI:10.1007/s11783-023-1706-0

Aangeboden door Hoger Onderwijspers