Ett team av forskare från Bohai University i Kina har designat och syntetiserat en bifunktionell katalysator som kan lösa miljöföroreningar orsakade av senapsgas och fenolföreningar. De syntetiserade denna bifunktionella katalysator, en ny tredimensionell polyoxovanadatbaserad metallorganisk ram, under hydrotermiska förhållanden.
Deras arbete publiceras i tidskriften Polyoxometalates .
Teamets bifunktionella katalysator visar tillfredsställande katalytiska prestanda för selektiv oxidation av 2-kloroetyletylsulfid (CEES) till motsvarande sulfoxid (CEESO) och fotonedbrytning mot fenol, CEES och m-kresol under synligt ljus. En bifunktionell katalysator är en som tillhandahåller både sura och basiska katalytiska funktioner.
Under de senaste åren har problemet med organiska farliga ämnen som orsakar föroreningar väckt stor oro. Forskare har fokuserat sitt arbete på att utveckla rimliga metoder för att bryta ned dessa organiska farliga ämnen. CEES, eller senapsgas, är ett kemiskt krigsmedel som orsakar allvarliga hudsjukdomar, stark irritation av luftvägarna och till och med dödsfall.
Sedan senapsgas först användes under första världskriget har forskare sökt sätt att avgifta detta kemiska krigföringsmedel. M-kresol är en organisk förening som utvinns ur stenkolstjära och används vid tillverkning av andra kemikalier, inklusive bekämpningsmedel. Det är frätande för ögon, hud och andningsvägar.
Fenoliska föroreningar finns ofta kvar i förorenat avloppsvatten som strömmar från industri-, jordbruks- och hushållsarbete. När de väl tar sig in i vattensystemen kan fenoliska föroreningar vara mycket skadliga för människor och miljö. Dessa föroreningar kan vara akut giftiga så att de kan döda djur, fåglar eller fiskar.
De kan också hämma tillväxten av eller döda växter. Forskare har arbetat med att designa genom syntes av nya bifunktionella katalysatorer som kan omvandla dessa typer av farliga föroreningar till lågtoxicitetsnedbrytare. Men fram till denna tidpunkt har forskare inte lyckats framställa högdimensionella interpenetrerande metall-organiska ramverk som kan fungera som bifunktionella katalysatorer som kan oxidera CEES till CEESO och bryta ned fenoliska föreningar under synligt ljus.
Polyoxometalater (POM) är ett slags oorganiska metalloxidkluster med olika arkitektoniska strukturer och attraktiva egenskaper. På grund av deras breda utbud av strukturer och funktionaliteter är de en av de mest användbara klasserna av oorganiska molekylära material. Inom POM-familjen har polyoxovanadater (POV) väckt ökad uppmärksamhet från forskare på grund av deras olika strukturer och anmärkningsvärda egenskaper.
Forskarna använde en bis-pyridyl-bis-amidligand för att konstruera det nya POV-baserade metallorganiska ramverket. De studerade sedan det 3D POV-baserade metallorganiska ramverket med hjälp av enkristallröntgendiffraktionsanalys, IR-spektroskopi och pulverröntgendiffraktion. "Den långa egenskapen hos den amidbaserade liganden inducerar bildandet av den ovanliga tvåfaldiga interpenetrerande strukturen", säger Guo-Cheng Liu, docent vid Bohai University.
Teamets bifunktionella katalysator katalyserade framgångsrikt den selektiva oxidationen av giftiga CEES till motsvarande säkrare sulfoxid i närvaro av H2 O2 , eller väteperoxid, som en miljövänlig oxidant. Den fungerade under synligt ljus med effektiv återvinningsbarhet och stabilitet. Den framgångsrika omvandlingen var större än 99 procent och selektiviteten var 97 procent.
Dessutom visade den bifunktionella katalysatorn utmärkt fotokatalytisk nedbrytningsaktivitet mot fenol, CEES och m-kresol under synligt ljus. Teamet uppnådde framgångsrikt nedbrytningseffektivitet över 92,6 procent under 140 minuter.
De undersökte också i detalj den fotokatalytiska reaktionskinetiken, mekanismerna för fotonedbrytning och återvinningsförmågan hos fenol. "Detta arbete ger viktig vägledning för utvecklingen av nya POVs-baserade bifunktionella katalysatorer för dekontaminering i vatten," sa Liu.
Mer information: Shuang Li et al, Ny tvåfaldigt interpenetrerande 3D polyoxovanadat-baserad metall-organisk ram som bifunktionell katalysator för avlägsnande av 2-kloretyletylsulfid och fenolföreningar, Polyoxometalates (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140061
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
