Каталитическое дехлорирование 1,2

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11883 (2023) Цитировать эту статью

264 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Катализируемое в водной фазе восстановление органических загрязнителей с помощью наночастиц нульвалентной меди (nCu0) в сочетании с боргидридом (донором водорода) показало многообещающие результаты. До сих пор исследования nCu0 как лечебного средства были сосредоточены в основном на эффективности удаления загрязнений и механизмах деградации. В нашей работе изучено влияние соотношения Cu0/Cun+, поверхностного отравления (наличие хлоридов, сульфидов, гуминовой кислоты (ГК)), регенерации Cu0-центров на каталитическое дехлорирование водной фазы 1,2-дихлорэтана (1,2- DCA) через nCu0-боргидрид. Сканирующая электронная микроскопия подтвердила наноразмер и квазисферическую форму частиц nCu0. Рентгеновская дифракция подтвердила наличие Cu0 и Cu2O, а рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия также предоставила соотношения Cu0/Cun+. Эксперименты по реакционной способности показали, что nCu0 не способен утилизировать H2 из боргидрида, оставшегося при синтезе nCu0, и, следовательно, дополнительный боргидрид необходим для дехлорирования 1,2-DCA. Промывка частиц nCu0 улучшила их соотношение Cu0/Cun+ (1,27), и 92% 1,2-DCA было удалено за 7 часов с kobs = 0,345 ч-1 по сравнению только с 44% при непромытом nCu0 (0,158 ч-1) с Cu0. Коэффициент /Cun+ 0,59, в присутствии боргидрида. Присутствие хлоридов (1000–2000 мг/л), сульфидов (0,4–4 мг/л) и ГК (10–30 мг/л) подавляло дехлорирование 1,2-ДХК; который был улучшен добавлением боргидрида, вероятно, за счет регенерации центров Cu0. Покрытие частиц снижало эффективность их каталитического дехлорирования. 85–90% удаленного 1,2-ДКА было выделено в виде хлорида. Хлорэтан и этан были основными продуктами дехлорирования, что указывает на то, что гидрогенолиз является основным путем. Наши результаты показывают, что параметры синтеза и растворенные вещества подземных вод контролируют каталитическую активность nCu0, изменяя его физико-химические свойства. Таким образом, эти факторы следует учитывать при разработке эффективных средств защиты для практического применения nCu0-боргидрида.

1,2-Дихлорэтан (1,2-DCA, C2H4Cl2) представляет собой хлорированное летучее органическое соединение (cVOC), которое имеет широкое промышленное применение, включая синтез мономера винилхлорида1. Его широко распространенное подземное загрязнение представляет серьезную угрозу для водных ресурсов и здоровья людей во всем мире. Только в Соединенных Штатах загрязнение 1,2-DCA было обнаружено на 585 объектах Национального списка приоритетов. Он может вызывать неблагоприятные последствия для здоровья, включая недостаточность кровообращения и дыхания, неврологические расстройства и является вероятным канцерогеном для человека1.

За последние два десятилетия наноразмерное нульвалентное железо (nZVI) и его модифицированные составы стали многообещающей технологией восстановления недр благодаря простоте их применения в полевых условиях и способности разрушать широкий спектр загрязняющих веществ2,3,4,5. Однако эти составы не смогли разложить многие cVOC, включая 1,2-DCA6,7,8,9. В качестве альтернативы было обнаружено, что жидкофазное каталитическое восстановление с помощью активированного водорода (H2) на поверхности нанокатализатора (например, меди, палладия) эффективно разлагает эти загрязнители10,11,12,13,14,15,16,17. Предлагаемый механизм каталитического восстановления cVOC предполагает, что катализатор активирует H2, хемосорбированный на его поверхности, в надежный восстановитель (H*), который затем восстанавливает молекулы cVOC, диссоциативно адсорбированные на соседних участках (уравнения 1–2)10,16,18 .

Боргидрид (BH4-), способный генерировать H2 посредством гидролиза (уравнение 3), был успешно протестирован в сочетании с нанометаллами для восстановительного разложения широкого спектра загрязняющих веществ11,14,15,16,17,19,20,21,22 ,23,24,25,26. Более того, BH4- часто добавляется в избытке для синтеза нанометаллов, а остаточный боргидрид закачивается в недра вместе с суспензией nZVI во время очистки подземных вод3,27,28. Наше предыдущее лабораторное исследование продемонстрировало эффективное использование остаточного боргидрида, полученного в результате синтеза нанопалладия (nPd0), в качестве источника H2 для успешного дехлорирования 1,2-дихлорэтана (1,2-DCA), катализируемого nPd011. Это устранило необходимость в дополнительном боргидриде.