Carbon nanorør-membran frigør kraften fra permanganat til overlegen fjernelse af mikroforurenende stoffer

Med den hurtige udvikling af industrialiseringen bliver vandforurening mere og mere alvorlig. Den traditionelle vandbehandlingsmetode kan ikke effektivt fjerne organiske forurenende stoffer, så avanceret oxidationsteknologi er blevet en mulig løsning.

Som en potentiel kemisk oxidant, permanganat (KMnO₄ ) er blevet bredt undersøgt for vandrensning på grund af dets høje effektivitet, omkostningseffektivitet og høje stabilitet. Men den dårlige stabilitet og begrænsede oxidationspotentiale (1,68V) af KMnO₄ begrænse dens applikationer.

For at overvinde disse problemer har forskere forsøgt forskellige innovative tilgange til at øge reaktiviteten af ​​KMnO₄ . På grund af tilsætningen af ​​giftige og dyre kemikalier og forekomsten af ​​sekundær forurening hæmmer disse ruter desværre kraftigt den videnskabelige udvikling af KMnO₄ oxidation til praktiske anvendelser. I de senere år er metalfri kulstofmaterialer, især kulstofnanorør (CNT), dukket op som et attraktivt additiv til KMnO₄ oxidation på grund af deres miljøvenlighed.

CNT er en fremragende elektronoverførselsmediator, der var blevet bevist som en 'bro' for at lette elektronleveringen fra organiske molekyler (elektrondonor) til persulfat (elektronacceptorer). Dette kan føre til oxidativ nedbrydning af organiske kontaminanter (OC'er) snarere end omdannelse fra KMnO₄ til reaktive manganarter.

For at overvinde masseoverførselsbegrænsningen har forskere fra Donghua University og Harbin Institute of Technology designet og etableret en gennemstrømnings KMnO₄ /CNT-system.

Denne undersøgelse med titlen "Insights in the elektron transfer mechanisms of permanganate activation by carbon nano tube membrane for enhanced micropollutants degradation" blev offentliggjort online i Frontiers of Environmental Science &Engineering .

I denne undersøgelse designet forskerholdet en katalytisk CNT-membran til KMnO₄ aktivering mod øget nedbrydning af mikroforurenende stoffer. Behandlingseffekten af ​​systemet blev optimeret ved at vælge passende driftsparametre.

Analyse af eksperimentelle data og teoretiske beregninger afslørede reaktionsmekanismen og sammenlignede udnyttelseseffektiviteten af ​​permanganat i forskellige systemer. Derudover blev målstoffernes nedbrydningsveje ved brug af avancerede analysemetoder afsløret, og toksiciteten af ​​mellemprodukterne blev evalueret.

Deres resultater afslørede, at gennemstrømningen KMnO₄ /CNT-systemet klarede sig bedre end konventionel batch-reaktor. Under optimale betingelser, en fjernelse på> 70 % (svarende til en oxidationsflux på 2,43 mmol/[h·m ² ]) af 80 μmol/L sulfamethoxazol (SMX) opløsning kan opnås ved single-pass mode.

Den eksperimentelle analyse og DFT-studier bekræftede, at CNT kunne mediere direkte elektronoverførsel fra organiske molekyler til KMnO₄ , hvilket resulterer i en høj udnyttelseseffektivitet af KMnO₄ .

Desuden KMnO₄ /CNT-systemet havde enestående genanvendelighed, og CNT kunne opretholde en langvarig reaktivitet, hvilket fungerede som en grøn strategi for oprensning af mikroforurenende stoffer på en bæredygtig måde. Denne undersøgelse viste ikke kun den potentielle anvendelse af CNT som elektroniske medier i avancerede oxidationsprocesser. Desuden var systemdesignet robust og effektivt og gav en ny løsning til sanering af grønne omgivelser.

Flere oplysninger: Xufang Wang et al., Indsigt i elektronoverførselsmekanismerne for permanganataktivering ved hjælp af kulstofnanorørsmembran for forbedret nedbrydning af mikroforurenende stoffer, Grænser for miljøvidenskab og ingeniørvirksomhed (2023). DOI:10.1007/s11783-023-1706-0

Leveret af Higher Education Press