Группа исследователей из Бохайского университета в Китае разработала и синтезировала бифункциональный катализатор, который может решить проблему загрязнения окружающей среды, вызванного ипритом и фенольными соединениями. Они синтезировали этот бифункциональный катализатор, новый трехмерный металлоорганический каркас на основе полиоксованадата, в гидротермальных условиях.
Их работа опубликована в журнале Polyoxometalates.
Бифункциональный катализатор, разработанный командой, демонстрирует удовлетворительные каталитические характеристики при селективном окислении 2-хлорэтилэтилсульфида (CEES) до соответствующего сульфоксида (CEESO) и фотодеградации до фенола, CEES и м-крезола под видимым светом. Бифункциональный катализатор – это тот, который обеспечивает как кислотную, так и основную каталитическую функцию.
В последние годы проблема органических опасных веществ, вызывающих загрязнение окружающей среды, вызвала значительную обеспокоенность. Ученые сосредоточили свою работу на разработке разумных методов разложения этих опасных органических веществ. CEES, или иприт, — боевое отравляющее вещество, вызывающее тяжелые кожные заболевания, сильное раздражение дыхательных путей и даже смерть.
С тех пор как горчичный газ был впервые использован во время Первой мировой войны, исследователи искали способы детоксикации этого боевого отравляющего вещества. М-крезол — это органическое соединение, которое извлекается из каменноугольной смолы и используется в производстве других химикатов, включая пестициды. Он разъедает глаза, кожу и дыхательные пути.
Фенольные загрязнители часто сохраняются в загрязненных сточных водах, которые стекают в результате промышленных, сельскохозяйственных и бытовых работ. Попадая в водные системы , фенольные загрязнители могут быть очень вредными для человека и окружающей среды. Эти загрязняющие вещества могут быть крайне токсичными и вызывать гибель животных, птиц или рыб.
Они также могут замедлить рост или убить растения. Ученые работают над разработкой путем синтеза новых бифункциональных катализаторов, которые могут превращать эти типы опасных загрязнителей в малотоксичные продукты распада. Однако до сих пор ученым не удалось успешно получить взаимопроникающие металлоорганические каркасы больших размеров, которые могли бы действовать как бифункциональные катализаторы, способные окислять CEES до CEESO и разлагать фенольные соединения под видимым светом.
Полиоксометаллаты (ПОМ) представляют собой разновидность неорганических кластеров оксидов металлов с разнообразной архитектурной структурой и привлекательными свойствами. Благодаря широкому спектру структур и функциональных возможностей они являются одним из наиболее полезных классов неорганических молекулярных материалов. В семействе ПОМ полиоксованадаты (POV) привлекают все большее внимание ученых из-за их разнообразной структуры и замечательных свойств.
Исследователи использовали бис-пиридил-бис-амидный лиганд для создания нового металлоорганического каркаса на основе POV. Затем они изучили металлоорганический каркас на основе 3D POV с использованием монокристаллического рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и порошковой рентгеновской дифракции. «Длинная часть лиганда на основе амида вызывает образование необычной двукратной взаимопроникающей структуры», — сказал Го-Чэн Лю, доцент Бохайского университета.
Бифункциональный катализатор команды успешно катализирует селективное окисление токсичных CEES до соответствующего более безопасного сульфоксида в присутствии H 2 O 2 или перекиси водорода в качестве экологически чистого окислителя. Он работал под видимым светом, обеспечивая эффективную переработку и стабильность. Успешная конверсия составила более 99 процентов, а селективность составила 97 процентов.
Кроме того, бифункциональный катализатор продемонстрировал превосходную активность фотокаталитического разложения по отношению к фенолу, CEES и м-крезолу в видимом свете. Команда успешно достигла эффективности деградации выше 92,6 процента за 140 минут.
Они также подробно исследовали кинетику фотокаталитических реакций, механизмы фотодеградации и способность к переработке фенола. «Эта работа дает важное руководство для разработки новых бифункциональных катализаторов на основе POV для обеззараживания воды», — сказал Лю.
