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Oct 13, 2023
1,2의 촉매 탈염소화
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11883(2023) 이 기사 인용 264 액세스 2 Altmetric Metrics 세부 정보 0가 구리를 통한 유기 오염물의 수성상 촉매 환원
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11883(2023) 이 기사 인용
264 액세스
2 알트메트릭
측정항목 세부정보
보로하이드라이드(수소 공여체)와 결합된 0가 구리 나노입자(nCu0)를 통한 유기 오염물의 수성상 촉매 환원은 유망한 결과를 보여주었습니다. 지금까지 치료 치료법으로서의 nCuO에 대한 연구는 주로 오염물질 제거 효율과 분해 메커니즘에 초점을 맞춰왔습니다. 우리 연구에서는 CuO/Cun+ 비율, 표면 중독(염화물, 황화물, 부식산(HA)의 존재) 및 CuO 부위 재생이 수성상 1,2-디클로로에탄(1,2-디클로로에탄)의 촉매 탈염소화에 미치는 영향을 조사했습니다. DCA) nCuO-보로하이드라이드를 통해. 주사전자현미경을 통해 nCuO 입자의 나노 크기와 준구형 모양이 확인되었습니다. X선 회절을 통해 CuO 및 Cu2O의 존재를 확인했으며 X선 광전자 분광법을 통해 Cu0/Cun+ 비율도 제공되었습니다. 반응성 실험에서는 nCuO가 nCuO 합성 중에 남은 보로하이드라이드의 H2를 활용할 수 없으므로 1,2-DCA 탈염소를 위해서는 추가적인 보로하이드라이드가 필수적이라는 사실이 나타났습니다. nCu0 입자를 세척하면 Cu0/Cun+ 비율(1.27)이 향상되었으며 kobs = 0.345h-1로 7시간 만에 92%의 1,2-DCA가 제거된 반면, Cu0를 사용하면 세척되지 않은 nCu0(0.158h-1)에서는 44%만 제거되었습니다. /Cun+ 비율은 0.59, 보로하이드라이드 존재 시. 염화물(1000~2000 mg L−1), 황화물(0.4~4 mg L−1) 및 HA(10~30 mg L−1)의 존재는 1,2-DCA 탈염소화를 억제했습니다. 이는 아마도 CuO 부위의 재생을 통해 추가적인 보로하이드라이드에 의해 개선되었습니다. 입자를 코팅하면 촉매 탈염소 효율이 감소했습니다. 제거된 1,2-DCA의 85~90%가 염화물로 회수되었습니다. 클로로에탄과 에탄은 주요 경로인 수소화분해를 나타내는 주요 탈염소 생성물이었습니다. 우리의 결과는 합성 매개변수와 지하수 용질이 물리화학적 특성을 변경하여 nCuO 촉매 활성을 제어한다는 것을 의미합니다. 따라서 nCuO-보로하이드라이드의 실제 적용을 위한 효율적인 치료 설계를 개발하려면 이러한 요소를 고려해야 합니다.
1,2-디클로로에탄(1,2-DCA, C2H4Cl2)은 염소화 휘발성 유기 화합물(cVOC)로 염화비닐 단량체 합성을 포함하여 광범위한 산업 응용 분야에 사용됩니다1. 광범위한 지하 오염은 전 세계적으로 수자원과 인류 건강에 심각한 위협을 가하고 있습니다. 미국에서만 585개의 국가 긴급 지역 목록(National Priorities List) 지역에서 1,2-DCA 오염이 발견되었습니다. 이는 순환 장애, 호흡 부전, 신경 장애 등을 포함하여 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며 인간에게 발암 물질일 가능성이 있습니다1.
지난 20년 동안 나노규모 영가철(nZVI)과 그 변형 제제는 현장 적용이 용이하고 광범위한 오염물질을 분해하는 능력으로 인해 유망한 지하 복원 기술이 되었습니다2,3,4,5. 그러나 이러한 제제는 1,2-DCA6,7,8,9를 포함한 많은 cVOC를 분해할 수 없었습니다. 대안으로, 나노촉매(예: 구리, 팔라듐) 표면의 활성화된 수소(H2)를 통한 액상 촉매 환원은 이러한 오염물질을 효과적으로 분해하는 것으로 밝혀졌습니다10,11,12,13,14,15,16,17. cVOCs 촉매 환원을 위해 제안된 메커니즘은 촉매가 표면에 화학적으로 흡착된 H2를 견고한 환원제(H*)로 활성화하여 인접한 위치에 해리적으로 흡착된 cVOC 분자를 감소시킨다는 것을 의미합니다(식 1-2)10,16,18 .
가수분해(식 3)를 통해 H2를 생성할 수 있는 보로하이드라이드(BH4−)는 다양한 오염물질을 환원 분해하기 위해 나노금속과 함께 성공적으로 테스트되었습니다11,14,15,16,17,19,20,21,22 ,23,24,25,26. 더욱이, BH4-는 나노금속 합성을 위해 과도하게 첨가되는 경우가 많으며, 지하수 처리 중에 잔여 수소화붕소가 nZVI 슬러리와 함께 지하로 주입됩니다3,27,28. 우리의 이전 실험실 규모 연구에서는 nPd011을 통해 촉매되는 성공적인 1,2-디클로로에탄(1,2-DCA) 탈염소화를 위한 H2 소스로서 나노 팔라듐(nPd0) 합성에서 발생하는 잔류 보로하이드라이드의 효율적인 사용을 입증했습니다. 이는 추가적인 보로하이드라이드의 필요성을 제거했습니다.