uutiset

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Äskettäin professori Liu Detao ja hänen tiiminsä Etelä-Kiinan teknillisestä yliopistostaSähkösynteettisen hydroperoksidin tuotannon tehostamiseksi on kehitetty uusi menetelmä.

Tutkimuksen aikana tutkimusryhmä aloitti molekyyli-, nanometri-, millimetri- ja muiden materiaalien asteikoista, tarjoten uuden kehityspolun uuden sukupolven biomassapohjaisten 2e-elektrokatalyyttisten materiaalien suunnitteluun.

Kaasudiffuusioelektrodien valmistusmenetelmän optimoinnin jälkeen ryhmä havaitsi, että hydroperoksidin synteesisaanto voi olla 510,58 mg·L -1 ·cm -2 ·h -1.

Tämä saanto on kymmeniä kertoja suurempi kuin muiden nykyisten biomassan hiilipohjaisten katalyyttimateriaalien saanto, ja se on myös useita kertoja suurempi kuin öljyhiilipohjaisten katalyyttimateriaalien saanto.

Kuva |. Tutkimusryhmän kuva (lähde: tietokartta)

Nanoselluloosa on tämän tutkimuksen pääkohde. Sen etuna on suuri huokoisuus ja suuri ominaispinta-ala, ja sitä voidaan soveltaa koordinoitujen happea sisältävien funktionaalisten ryhmien kolmiulotteiseen aerogeelirakenteeseen.

Käyttämällä erityistä metalli-ionikoordinaatiota yksiulotteisen nanoselluloosan ja pakastekuivausteknologian pinnalle voidaan luoda materiaali nimeltä "zeoliitti-imidatsolirunko-nanoselluloosavaahto".

Tällä materiaalilla on kirkkaan violetti ulkonäkö ja sen rakenne on suhteellisen vakaa. Prosessien, kuten hiiltymisen, jälkeen materiaali voi tuottaa runsaasti aktiivisia kohtia hapen talteenottoa varten.

Kuva | Nanoselluloosa-zeoliitti-imidatsolirunko-nanoselluloosavaahto-airgeelinäyte syntetisoitu kobolttikoordinaatiolla (Lähde: Small)

Lisäksi se voi myös muodostaa nanokomposiittikobolttitetroksidirakenteen, joka on erittäin suotuisa parantamaan elektronien migraatiotehokkuutta, mikä puolestaan ​​​​voi parantaa sähkösynteettisen hydroperoksidin tuotantotehokkuutta.

Tutkimuksen aikana tiimi suunnitteli myös kaksikatodisen elektro-Fenton-teknologian laitteen, jolla on synergisoitumiskyky.Se pystyy hajottamaan yleisiä orgaanisia epäpuhtauksia suurella tehokkuudella, ja poistonopeus saavuttaa 99,43 % 30 minuutissa.

Tällä tekniikalla voidaan saavuttaa myös tehokkaita ja nopeita dekontaminaatio- ja puhdistustoimintoja vesiviljelyjätevesien, maalijätevesien, paperinvalmistuksen jätevesien ja muiden jätevesien osalta.

Siksi on erittäin lupaavaa korvata olemassa oleva kemiallinen desinfiointitablettitekniikka ja olla mukana terveellisessä juomavedessä ja ulkona kannettavassa vedenpuhdistusdesinfioinnissa.

Raporttien mukaan hydroperoksidilla on erittäin tärkeä vihreä kemikaali, jolla on laajat sovellusmahdollisuudet puolijohteissa, sairaanhoidossa, ympäristönvalvonnassa, hienokemikaaleissa ja muilla aloilla.

Tällä hetkellä hydroperoksidien teollisessa tuotannossa ihmiset käyttävät pääasiassa menetelmää, jota kutsutaan "antrakinonimenetelmäksi".

Sillä on ongelmia, kuten korkea hinta, monimutkainen toiminta, ympäristön saastuminen sekä vaarallinen kuljetus ja varastointi, mikä vaikeuttaa sen käyttöä villialueilla ja syrjäisillä alueilla.

Käyttämällä 2e-ORR sähkökemiallista menetelmää hydroperoksidin syntetisoimiseen, se ei ole vain helppokäyttöinen ja sillä on korkea tuotantotehokkuus, vaan sillä on myös erittäin hyvä sähkökemiallinen stabiilisuus, mikä sopii erityisen hyvin joihinkin kannettaviin sovelluksiin.

Useimmat nykyiset katodielektrokatalyytit ovat kuitenkin usein riippuvaisia ​​jalometalleista ja öljyhiilipohjaisista materiaaleista, joiden raaka-ainetarjonta ei ole vain rajoitettua, vaan niistä aiheutuu myös korkeita taloudellisia kustannuksia.

Uusiutuvien biomassaselluloosavarojen nykyinen maailmanlaajuinen hyödyntäminen tarjoaa kuitenkin arvokkaita mahdollisuuksia seuraavan sukupolven vaihtoehtoisten katodimateriaalien kehittämiseen. Samalla näillä materiaaleilla on edullinen hinta, laaja tarjonta, ekologisuus ja ympäristönsuojelu.

Olemassa oleville biomassasta johdetuille 2e-elektrokatalyyteille ei kuitenkaan ole saavutettu tyydyttävää hydroperoksidin tuotannon tehokkuutta sellaisten ongelmien vuoksi kuin vähäiset hiilivirheet, riittämättömät happivaanssit ja huonot elektroninsiirtoominaisuudet.

Siksi biomassapohjaisen 2-elektronisen sähkökatalyyttisen materiaalin suunnittelulla, jota voidaan käyttää sähkökemiallisesti syntetisoitujen hydroperoksidien tehokkaaseen syntetisointiin, on tärkeä käytännön merkitys ja sillä voidaan saavuttaa tärkeitä sovellusmahdollisuuksia desinfioinnin ja edistyneen hapetusteknologian alalla.

(Lähde: Small)

Kuten aiemmin mainittiin, nanoselluloosalla on tärkeä rooli tässä projektissa. Biomassananoselluloosaa ei ole vain runsaasti luonnossa, vaan sillä on myös uusiutuvia ominaisuuksia.

Tiimin maisteriopiskelija Qian Zhiyun on työskennellyt materiaalien alustavan seulonnan ja rakennesuunnittelun parissa tämän projektin vastaanottamisesta lähtien.

Hän on tehnyt monia yrityksiä mikronikokoisesta selluloosajauheesta liuenneeseen regeneroituun selluloosaan, tavalliseen paperikuituun, mutta ei ole onnistunut saavuttamaan hyviä tuloksia.

Myöhemmin hän alkoi yrittää parantaa nanoselluloosan 2e-selektiivisyyttä ja lisätä hydroperoksidin saantoa molekyyli- ja nanomittakaavassa.

Nanoselluloosan pinta sisältää suuren määrän hydrofiilisiä happea sisältäviä ryhmiä, ja sen ominaispinta-ala on myös suhteellisen suuri.

Molekyylitasolla hydrofiilisissä selluloosa-mikrofibrilleissä tai nanofibrilleissä on suuri määrä happea sisältäviä hydroksyyliryhmiä ja selluloosamolekyyliketjuja, joiden koko on nanometrin alapuolella.

Edellä mainittujen etujen perusteella ne voidaan pintafunktionalisoida erittäin helposti. Tällä tavoin voidaan myös keinotekoisesti säätää selluloosan toiminnallista rakennetta nano- tai mikronimittakaavassa.

Kuva |. Rakennekaavio (Lähde: Pieni)

Tämän perusteella yksiulotteisen nanoselluloosan kobolttikoordinaatiolla voidaan kasvattaa nanorakenteinen zeoliitti-imidatsolirunko-nanoselluloosavaahto suoraan nanoselluloosan ympärille.

Samaan aikaan Qian Zhiyun ja muut käyttivät nanoselluloosa-airgeeliä substraattina. Zeoliitti-imidatsolirunko-nanoselluloosavaahto-nanohiukkasten osalta tämän etuna on, että se voi saavuttaa tasaisen kasvun nanoselluloosan pinnalla.

Lisäksi näillä nanohiukkasilla voidaan saavuttaa tiivis yhteenliittäminen, mikä varmistaa alkuperäisen rakenteen mittavakauden ja estää irtoamisen ja muodonmuutoksen.

Tämän avulla voidaan luoda koboltti-nanoselluloosa-airgeelinäytteitä yksinkertaisella ja edullisella menetelmällä.

Kuva |. Katalyytin mikrorakenne (Lähde: Pieni)

Myöhemmin käyttämällä molekyylitekniikkaa ja korkean lämpötilan pyrolyysiä edellä mainitut näytteet voivat täysin tuottaa korkean hapen sieppauksen aktiivisia kohtia tiheässä nanoselluloosaverkkorakenteessa.

Tällä hetkellä elektroneja voidaan siirtää yksiulotteiseen biohiileen ankkuroitua nanorakenteista kobolttitetroksidia pitkin, mikä johtaa erinomaiseen hydroperoksidisaantoon.

Kuva | Hydroperoksidisynteesin saanto ja Faradayn vaikutus (Lähde: Small)

Yleisesti ottaen ensimmäisestä suunnattomasta etsinnästä metallikoordinoidun molekyylitekniikan suunnitteluun ryhmä on antanut nanoselluloosan, biohiiliresurssin, vapauttaa erinomaiset potentiaalinsa.

Äskettäin Small (IF 13) -julkaisussa julkaistiin aiheeseen liittyvä artikkeli "Skaalautuva katodinen H2O2-elektrosynteesi kobolttikoordinoidulla nanoselluloosaelektrokatalysaattorilla".

Kuva | Aiheeseen liittyvät paperit (Lähde: Small)

Qian Zhiyun, maisteriopiskelija Etelä-Kiinan teknillisestä yliopistosta, on ensimmäinen kirjoittaja, ja professori Liu Detao toimii vastaavana kirjoittajana.

Kuva | Qian Zhiyun, paperin ensimmäinen kirjoittaja (Lähde: Data kartta)

Raporttien mukaan sähkökemiallinen synteesi on vanha, mutta uusi avainteknologia. Se on yksinkertainen, tehokas, vihreä ja turvallinen, edullinen ja helposti laajennettavissa, ja sen kaupallinen arvo on erittäin houkutteleva.

Vuosien varrella kiinalaiset tiedemiehet ovat ratkaisseet monia teknisiä haasteita, joita on vaikea voittaa muilla menetelmillä kehittämällä uusia sähkökemiallisia synteesitekniikoita.

Monia aikaisempia teknologisia saavutuksia on sovellettu laajasti, mikä tarjoaa uusia ratkaisuja alan yleisiin teknisiin ongelmiin.

Funktionaaliset materiaalit, mukaan lukien katodit, anodit jne., ovat aina sähkökemiallisen synteesin keskeisiä ytimiä, jotka määrittävät jossain määrin sähkökemiallisen synteesin tehokkuutta, kustannuksia ja käyttöikää.

Siksi uusien vaihtoehtoisten korkean suorituskyvyn sähkökatalyyttisten materiaalien jatkuva kehittäminen on tavoite, johon tieteelliset tutkijat ovat pyrkineet.

Siksi tiimi keskittyy jatkossa selluloosamolekyylien muuntamiseen valmistaakseen uusia korkean tason 2e-ORR-materiaaleja.

Kustannusten vähentämiseksi ja valmisteluprosessin yksinkertaistamiseksi ne tekevät myös teollisuus-yliopisto-tutkimusyhteistyötä ulkopuolisten yritysten kanssa paperin toteuttamiseksi ja teollisuuden kehittämisen pullonkaulojen ratkaisemiseksi.

"Tällä hetkellä monet yritykset ovat soittaneet ja käyneet meillä etsimässä yhteistyötä", tutkija kertoi.

Viitteet:

1.Qian, Z., Liu, D., Liu, D., Luo, Y., Ji, W., Wang, Y., ... & Duan, Y. (2024). Skaalautuva katodinen H2O2-elektrosynteesi käyttämällä kobolttikoordinoitua nanoselluloosaelektrokatalysaattoria. Pieni, 2403947.

Ladonta: Chu Jiashi

02/

03/

04/

05/