Con il rapido sviluppo dell’industrializzazione, l’inquinamento idrico sta diventando sempre più grave. Il metodo tradizionale di trattamento dell'acqua non è in grado di rimuovere efficacemente gli inquinanti organici, quindi la tecnologia di ossidazione avanzata è diventata una possibile soluzione.
Come potenziale ossidante chimico, il permanganato (KMnO4 ) è stato ampiamente studiato per la decontaminazione dell'acqua grazie alla sua elevata efficienza, convenienza ed elevata stabilità. Tuttavia, la scarsa stabilità e il limitato potenziale di ossidazione (1,68 V) di KMnO4 limitarne le applicazioni.
Per superare questi problemi, i ricercatori hanno provato vari approcci innovativi per aumentare la reattività di KMnO4 . Sfortunatamente, a causa dell’aggiunta di sostanze chimiche tossiche e costose e del verificarsi di inquinamento secondario, questi percorsi ostacolano fortemente il progresso scientifico di KMnO4 ossidazione verso applicazioni pratiche. Negli ultimi anni, i materiali in carbonio privi di metalli, in particolare i nanotubi di carbonio (CNT), sono emersi come un interessante additivo per KMnO4 ossidazione dovuta alla loro compatibilità ambientale.
I CNT sono un eccellente mediatore di trasferimento di elettroni, è stato dimostrato come un "ponte" per facilitare il trasferimento di elettroni dalle molecole organiche (donatori di elettroni) al persolfato (accettori di elettroni). Ciò può portare alla decomposizione ossidativa dei contaminanti organici (OC), anziché alla conversione da KMnO4 alle specie reattive del manganese.
Per superare la limitazione del trasferimento di massa, i ricercatori dell'Università di Donghua e dell'Harbin Institute of Technology hanno progettato e creato un flusso KMnO4 /sistema CNT.
Questo studio intitolato "Approfondimenti sui meccanismi di trasferimento degli elettroni dell'attivazione del permanganato mediante membrana di nanotubi di carbonio per una maggiore degradazione dei microinquinanti" è stato pubblicato online in Frontiers of Environmental Science &Engineering .
In questo studio, il gruppo di ricerca ha progettato una membrana catalitica CNT per KMnO4 attivazione verso una maggiore degradazione dei microinquinanti. L'effetto del trattamento del sistema è stato ottimizzato selezionando i parametri operativi appropriati.
L'analisi dei dati sperimentali e dei calcoli teorici ha rivelato il meccanismo di reazione e ha confrontato l'efficienza di utilizzo del permanganato in diversi sistemi. Inoltre, utilizzando metodi analitici avanzati, sono stati rivelati i percorsi di degradazione delle sostanze target ed è stata valutata la tossicità degli intermedi.
I loro risultati hanno rivelato che il flusso KMnO4 Il sistema /CNT ha sovraperformato il reattore batch convenzionale. In condizioni ottimali, una rimozione> 70% (equivalente a un flusso di ossidazione di 2,43 mmol/[h·m 2 ]) di 80 μmol/L di soluzione di sulfametossazolo (SMX) può essere ottenuta in modalità a passaggio singolo.
L'analisi sperimentale e gli studi DFT hanno verificato che i CNT potrebbero mediare il trasferimento diretto di elettroni dalle molecole organiche a KMnO4 , con conseguente elevata efficienza di utilizzo di KMnO4 .
Inoltre, il KMnO4 Il sistema /CNT presentava un'eccezionale riutilizzabilità e il CNT poteva mantenere una reattività di lunga durata, il che è servito come strategia verde per la bonifica dei microinquinanti in modo sostenibile. Questo studio non solo ha dimostrato la potenziale applicazione dei CNT come mezzi elettronici nei processi di ossidazione avanzati. Inoltre, la progettazione del sistema era solida ed efficiente e ha fornito una nuova soluzione per il risanamento dell'ambiente verde.
Ulteriori informazioni: Xufang Wang et al, Approfondimenti sui meccanismi di trasferimento degli elettroni dell'attivazione del permanganato mediante membrana di nanotubi di carbonio per una migliore degradazione dei microinquinanti, Frontiere di scienza e ingegneria ambientale (2023). DOI:10.1007/s11783-023-1706-0
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