Med den snabba utvecklingen av industrialiseringen blir vattenföroreningarna mer och mer allvarliga. Den traditionella vattenbehandlingsmetoden kan inte effektivt ta bort organiska föroreningar, så avancerad oxidationsteknik har blivit en möjlig lösning.
Som en potentiell kemisk oxidant, permanganat (KMnO4 ) har studerats brett för vattensanering på grund av dess höga effektivitet, kostnadseffektivitet och höga stabilitet. Den dåliga stabiliteten och begränsade oxidationspotentialen (1,68V) för KMnO4 begränsa dess applikationer.
För att övervinna dessa problem har forskare prövat olika innovativa metoder för att öka reaktiviteten hos KMnO4 . Tyvärr, på grund av tillsatsen av giftiga och dyra kemikalier och förekomsten av sekundära föroreningar, hindrar dessa vägar starkt den vetenskapliga utvecklingen av KMnO4 oxidation mot praktiska tillämpningar. Under de senaste åren har metallfria kolmaterial, särskilt kolnanorör (CNT), dykt upp som en attraktiv tillsats till KMnO4 oxidation på grund av deras miljövänlighet.
CNT är en utmärkt elektronöverföringsförmedlare, hade bevisats som en "brygga" för att underlätta elektronleveransen från organiska molekyler (elektrondonator) till persulfat (elektronacceptorer). Detta kan leda till oxidativ nedbrytning av organiska föroreningar (OC), snarare än omvandling från KMnO4 till reaktiva manganarter.
För att övervinna massöverföringsbegränsningen designade og etablerade forskare från Donghua University och Harbin Institute of Technology ett genomflödes-KMnO4 /CNT-system.
Denna studie med titeln "Insights into the elektron transfer mechanisms of permanganate activation by carbon nanorube membrane for enhanced micropollutants degradation" publicerades online i Frontiers of Environmental Science &Engineering .
I denna studie designade forskargruppen ett katalytiskt CNT-membran för KMnO4 aktivering mot ökad nedbrytning av mikroföroreningar. Behandlingseffekten av systemet optimerades genom att välja lämpliga driftsparametrar.
Analys av experimentella data och teoretiska beräkningar avslöjade reaktionsmekanismen och jämförde utnyttjandeeffektiviteten av permanganat i olika system. Dessutom, med hjälp av avancerade analysmetoder, avslöjades nedbrytningsvägarna för målämnena och toxiciteten hos intermediärerna utvärderades.
Deras resultat avslöjade att genomflödet KMnO4 /CNT-systemet överträffade den konventionella batchreaktorn. Under optimala villkor, ett> 70 % avlägsnande (motsvarande ett oxidationsflöde på 2,43 mmol/[h·m 2 ]) av 80 μmol/L sulfametoxazol (SMX) lösning kan uppnås vid enkelpassage.
Den experimentella analysen och DFT-studierna verifierade att CNT kunde förmedla direkt elektronöverföring från organiska molekyler till KMnO4 , vilket resulterar i en hög utnyttjandeeffektivitet av KMnO4 .
Dessutom KMnO4 /CNT-systemet hade enastående återanvändbarhet och CNT kunde upprätthålla en långvarig reaktivitet, vilket fungerade som en grön strategi för sanering av mikroföroreningar på ett hållbart sätt. Denna studie visade inte bara den potentiella tillämpningen av CNT som elektroniska media i avancerade oxidationsprocesser. Dessutom var systemdesignen robust och effektiv och gav en ny lösning för grön miljösanering.
Mer information: Xufang Wang et al, Insikter i elektronöverföringsmekanismerna för permanganataktivering med kolnanorörsmembran för förbättrad nedbrytning av mikroföroreningar, Frontiers of Environmental Science &Engineering (2023). DOI:10.1007/s11783-023-1706-0
Tillhandahålls av Higher Education Press
