Nano nollvalent järn (nZVI) används ofta för att avlägsna krom (VI), en tungmetallförorening, på grund av dess stora specifika yta och höga reducerande aktivitet. Dess effektivitet när det gäller att ta bort spår av tungmetaller verkar dock vara blygsam och känslig för miljöns pH.
En forskargrupp ledd av professor Wu Zhengyan och Zhang Jia från Hefei Institutes of Physical Science vid den kinesiska vetenskapsakademin erbjöd nyligen sin lösning. I deras studie publicerad i Chemical Engineering Journal , designade de järnbaserade nanokompositmaterial som kombinerar galvaniska reaktioner och nanoinneslutningseffekter.
"Detta är ett viktigt framsteg", säger professor Wu. "Detta material är bra på att bli av med spår av sexvärt krom (Cr(VI)) från antingen surt eller alkaliskt vatten, vilket kan ge oss ett nytt sätt att rensa upp tungmetallföroreningar under svåra förhållanden."
Det magiska nanomaterialet de nämnde ovan är en Fe–Cu galvanisk cell (CnZVI/Cu). Den är sammansatt av nZVI med nanosprickor och Cu nanokluster. Genom att använda den galvaniska reaktionen för att påskynda elektronöverföringen och reglera reaktionsmiljön genom nanoinneslutningseffekt, kan de effektivt avlägsna spår av Cr(VI) i surt/alkaliskt vatten.
Forskarna analyserade vidare de förberedda CnZVI/Cu-kompositerna och undersökte deras reduktionshastighet och reparationsegenskaper för spår av Cr(VI) i olika pH-intervall. Det genomsnittliga pH-värdet i nanosprickorna och den rumsliga heterogeniteten för protongränsen i alkalisk lösning undersöktes baserat på teoretiska beräkningar. Det visades att nanoinneslutningseffekten kan hjälpa de galvaniska reaktionerna att reparera Cr(VI) effektivt under alkaliska förhållanden.
Dessutom visar den sekundära frisättningen av Cr och biosäkerhetsexperiment att CnZVI/Cu är både miljöstabilt och biosäkert.
Detta innovativa nanomaterial visar ett stort löfte för effektivt avlägsnande av VI från avloppsvatten med varierande pH-nivåer, vilket indikerar en bred potential för praktiska tillämpningar inom tungmetallföroreningssanering, enligt forskarna.
Mer information: Sijia Li et al, Integration of galvanic reactions and engineered nanoconfinement in järn-koppar nanokompositer för högeffektiv sanering av Cr(VI)-förorenat surt/alkaliskt vatten, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.149533
Journalinformation: Chemical Engineering Journal
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
