Phát triển chất xúc tác làm sạch nước nhiễm thuốc diệt cỏ và tạo ra hydro

Phát triển chất xúc tác làm sạch nước nhiễm thuốc diệt cỏ và tạo ra hydro

    Phát triển chất xúc tác làm sạch nước nhiễm thuốc diệt cỏ và tạo ra hydro
    của Steve Lundeberg, Đại học Bang Oregon

    Developing a catalyst that purifies herbicide-tainted water and produces hydrogen

    Đồ họa mô tả cách thức hoạt động của chất xúc tác quang mới. Tín dụng: ACS Catalysis (2023). DOI: 10.1021/acscatal.3c00265
    Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Bang Oregon đã phát triển một chất xúc tác có hai mục đích làm sạch nước nhiễm thuốc diệt cỏ đồng thời tạo ra hydro.

    Dự án bao gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật OSU và HP Inc. có ý nghĩa quan trọng vì ô nhiễm nước là một thách thức lớn trên toàn cầu và hydro là nhiên liệu sạch, có thể tái tạo.

    Các phát hiện của nghiên cứu khám phá các chất xúc tác quang hoạt đã được công bố hôm nay trên tạp chí ACS Catalysis.

    Kyriakos Stylianou của OSU cho biết: “Chúng tôi có thể kết hợp quá trình oxy hóa và khử thành một quy trình duy nhất để đạt được một hệ thống xúc tác quang hiệu quả. "Quá trình oxy hóa xảy ra thông qua phản ứng phân hủy quang và quá trình khử thông qua phản ứng tiến hóa hydro."

    Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng hóa học mà bản thân nó không trải qua bất kỳ thay đổi hóa học vĩnh viễn nào.

    Chất xúc tác quang là vật liệu hấp thụ ánh sáng để đạt mức năng lượng cao hơn và có thể sử dụng năng lượng đó để phá vỡ các chất ô nhiễm hữu cơ thông qua quá trình oxy hóa. Trong số nhiều ứng dụng của chất xúc tác quang là lớp phủ tự làm sạch cho các bức tường, sàn, trần và đồ nội thất chống vết bẩn và mùi.

    Stylianou, trợ lý giáo sư hóa học, đã dẫn đầu nghiên cứu liên quan đến chất xúc tác quang titan dioxide có nguồn gốc từ khung kim loại-hữu cơ, hay MOF.

    Được tạo thành từ các ion kim loại tích điện dương được bao quanh bởi các phân tử "chất liên kết" hữu cơ, MOF là vật liệu kết tinh, xốp với các đặc tính cấu trúc có thể điều chỉnh và các lỗ xốp có kích thước nano. Chúng có thể được thiết kế với nhiều thành phần khác nhau quyết định các thuộc tính của MOF.

    Sau quá trình nung của MOF—nung nóng cao mà không làm tan chảy—các vật liệu bán dẫn như titan dioxit có thể được tạo ra. Titanium dioxide là chất xúc tác quang được sử dụng phổ biến nhất và nó được tìm thấy trong các khoáng chất anatase, rutile và brookite.

    Stylianou và các cộng tác viên bao gồm Líney Árnadóttir của Đại học Kỹ thuật OSU và William Stickle của HP đã phát hiện ra rằng anatase pha tạp nitơ và lưu huỳnh là chất xúc tác quang "hai con chim, một viên đá" tốt nhất để đồng thời sản xuất hydro và phân hủy glyphosate trong thuốc diệt cỏ được sử dụng nhiều.

    Glyphosate, còn được gọi là N-phosphonomethyl glycine hoặc PMG, đã được phun rộng rãi trên các cánh đồng nông nghiệp trong hơn 50 năm qua kể từ lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường với tên thương mại Roundup.

    Stylianou cho biết: “Chỉ một tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng PMG được áp dụng được cây trồng hấp thụ và phần còn lại sẽ thải ra môi trường”. "Điều đó gây ra những lo ngại về việc PMG ngấm vào đất và nước ngầm, cũng như nó nên xảy ra—nước bị ô nhiễm có thể gây bất lợi cho sức khỏe của mọi sinh vật trên hành tinh. Và thuốc diệt cỏ ngấm vào các kênh dẫn nước là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước."

    Trong số các hợp chất chứa hydro, nước là hợp chất phổ biến nhất và việc tạo ra hydro bằng cách tách nước thông qua quá trình xúc tác quang sẽ sạch hơn và bền vững hơn so với phương pháp tạo hydro thông thường—từ khí tự nhiên thông qua quy trình sản xuất carbon-dioxide đã biết như quá trình cải cách khí metan-hơi nước.

    Hydro phục vụ nhiều mục đích khoa học và công nghiệp ngoài vai trò liên quan đến năng lượng của nó. Nó được sử dụng trong pin nhiên liệu cho ô tô, trong sản xuất nhiều hóa chất bao gồm amoniac, trong tinh chế kim loại và sản xuất nhựa.

    Stylianou cho biết: "Nước là một nguồn hydro phong phú và quang xúc tác là một cách khai thác năng lượng mặt trời dồi dào của Trái đất để sản xuất hydro và xử lý môi trường". "Chúng tôi đang chứng minh rằng thông qua quang xúc tác, có thể tạo ra nhiên liệu tái tạo đồng thời loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ hoặc chuyển đổi chúng thành các sản phẩm hữu ích."

    Sự hợp tác bao gồm nghiên cứu sinh Emmanuel Musa, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Sumandeep Kaur và các sinh viên Trenton Gallagher và Thao Mi Anthony cũng đã thử nghiệm chất xúc tác quang của nó chống lại nước bị nhiễm hai loại thuốc diệt cỏ thường được sử dụng khác là glufosinate amoni và axit 2,4-dichlorophenoxyacetic. Nó cũng hoạt động với nước có chứa chúng - thậm chí cả nước có hai hợp chất đó cộng với PMG.

    Zalo
    Hotline