Knogledyb:Mineral fundet i menneskelig knogle kan hjælpe med at bekæmpe giftige organiske forbindelser

Et af de mest fremtrædende onder ved hurtig industrialisering har været emissionen af ​​giftige forurenende stoffer til den omgivende biosfære, med ofte katastrofale konsekvenser for mennesker. Flere industrielle processer, såsom kemisk fremstilling og trykning, sammen med faciliteter som kraftværker udsender flygtige organiske forbindelser (VOC'er), der er kendt for at være kræftfremkaldende og rejser et vigtigt miljøproblem, der har behov for en løsning. Traditionelt, VOC'er styres via en proces kaldet katalytisk oxidation, hvor de omdannes til godartede materialer i nærværelse af ædelmetal (fx guld, sølv, og platin) nanopartikler. Imidlertid, processen er dyr og kræver en finjustering af nanopartikelkarakteristika. Dermed, en katalytisk proces, der ikke kræver ædelmetalkatalysatorer, er yderst ønskelig. Mens overgangsmetaller og deres oxider er et muligt alternativ, de kræver komplekse synteser og præcis kemisk sammensætningskontrol.

Så, kan vi gøre det bedre end dette? Viser sig, vi kan. Et team af videnskabsmænd ledet af prof. Takashi Shirai fra Nagoya Institute of Technology (NITech), Japan, rapporterede en fuldstændig katalytisk nedbrydning af VOC ved hjælp af en uorganisk forbindelse kaldet hydroxyapatit (HAp), en naturligt forekommende form af mineralet calciumphosphat, der udgør det meste af den menneskelige knoglestruktur. "HAp er lavet af elementer, der er rigelige i naturen, er ikke-toksisk og udviser høj biokompatibilitet. Vores resultater, dermed, åbnet op for en ny mulighed for at designe billigt, ædelmetalfrie katalysatorer til VOC-kontrol, " siger prof. Shirai.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Videnskabelige rapporter , Prof. Shirai og hans kollega Yunzi Xin fra NITech tager nu tingene videre ved at skræddersy den aktive overflade af HAp ved hjælp af en mekanokemisk behandling under omgivende forhold, der fører til en højeffektiv katalytisk oxidation af VOC med 100 % omdannelse til harmløse forbindelser! Specifikt, de blandede indledende HAp med keramiske kugler i en beholder og udførte planetarisk kugleformaling ved stuetemperatur og omgivende tryk. Dette ændrede i det væsentlige den kemiske struktur af HAp og muliggjorde dens selektive skræddersyet ved blot at ændre boldens størrelse.

Ved at bruge forskellige kuglestørrelser (3, 10, og 15 mm) for systematisk at variere morfologien, krystallinitet, overfladefejl/ilt ledighed, surhed/basicitet, og VOC-affinitet af HAps, forskerne udførte deres karakterisering ved hjælp af forskellige teknikker såsom scanning elektronmikroskopi, pulver røntgendiffraktion, Fourier transform infrarød spektrometri, røntgenfotoelektronspektroskopi, elektronspin resonansanalyse, overflade surhedsgrad/basicitetsvurdering, og gasstrømmende diffus reflektans infrarød Fourier-transformationsspektroskopi.

De observerede en overvægt af ilttomhed dannelse i PO43- (tredobbelt ladet PO4) stedet sammen med en forbedret basissted population forårsaget af en selektiv mekanokemisk aktivering af c-planet (planet vinkelret på symmetriaksen) af den sekskantede HAp krystal og tilskrev det den fremragende katalytiske omdannelse af VOC til CO ₂ /CO.

I øvrigt, de fandt ud af, at HAps behandlet med 3 mm kugler viste overlegen katalytisk aktivitet i forhold til dem, der blev behandlet med 10 og 15 mm kugler, selvom større bolde forårsagede flere defekter og basicitet. Ved at se på overfladeabsorptionen af ​​en VOC, ethylacetat, videnskabsmænd tilskrev denne anomali til den hæmmede absorption af ethylacetat i HAp behandlet med større kugler, fører til undertrykt katalyse.

Resultaterne har begejstret videnskabsmænd om fremtidsudsigterne for HAps. "Vi forventer, at vores katalysator vil bidrage væsentligt til VOC-kontrol og miljørensning over hele verden i det næste årti, at nå de bæredygtige mål om ren luft og vand, overkommelig energi, og klimaindsats, " kommenterer prof. Shirai.

Ja, dette er et stort skridt mod et mere miljøvenligt samfund.