האי-ממריץ הסביבתי: זיהום אורגני עקבי וסיכוןיהם

זיהומים אורגניים עקביים (POPs) מייצגים את אחד המעמדות המאתגרים ביותר של contaminants סביבתיים. תרכובות כימיות אלה עמידות במיוחד לתהליכי ההשפלה הטבעית - פוטוליטית, כימית וביולוגיה - המאפשרים להם להישאר שלמים בסביבה במשך עשרות שנים.אמנת שטוקהולם על זיהום אורגני בלתי מכוון, אמנה גלובלית שאושרה על ידי יותר מ-150 מדינות, מזהה 12 פאדומים ידועים בשם "עשרות" חומרים כימיים נוספים כמו חומרים כימיים של DCMOL) כמו חומרים כימיים שאינם מיועדים ל-PTN) ו-PTOL (OL) כמו חומרים כימיים נוספים (או-CDC) כמו חומרים כימיים נוספים, כמו DCMOLOLOL) כמו חומרים כימיים שאינם מכוונים (OLOL) ו-CDC) כמו גם על ידי חומרים כימיים נוספים, כמו DCMOLOLOL) ו-CDCN) ו-CDC (מסוגלגנטיים (מורדים (מורדים (מסוגרים (מסוגרים אורגניים) כמו 30 חומרים כימיים נוספים, כמו חומרים כימיים נוספים, כמו DCMOL) אשר הורחבים (מורדים (מסוגרים (מסוגרים שאינם מכוונים) ו-CDC) ו-CDC) כמו 30

ההתמדה של POPs אינה הסיכון היחיד שלהם.חומרים אלה ביוקוממים ברקמות שומן של אורגניזמים חיים, כלומר ריכוזים עולים כשהם עוברים את שרשרת המזון.טופ טורפים, כולל בני אדם, נחשפים לרמות הגבוהות ביותר. POPs נקשרו למגוון רחב של השפעות בריאותיות: הפרעות אנדוקריניות, דיכוי מערכת החיסון, הפרעות עצביות, עיכובים עצביים בילדים, וסרטן מסוים, עלולים לעבור מעבר למקורות אוטומטיים של פעילות גופנית, אשר אינם יכולים לעבור ממרחק של פתרונות לטווח ארוך של פתרונות, אשר אינם יכולים להיות בשימוש, ולא פעם, ולא פעם, ולא פעם, אלא גם כן, אלא גם כן, כלומר, כלומר, כלומר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם על ידי שימוש באלפי ניתוחים מתקדמים של פתרונות תחבורה בינלאומיים, או פתרונות תחבורה, או פתרונות תחבורה, כמו כן, כמו כן, אשר אינם יכולים לעבור על ידי שימוש באלפי ניתוחים מתקדמים, אשר אינם יכולים לעבור ממושכים, אשר אינם יכולים לעבור מתחומים חדשים, אשר נמצאים בשימוש, אשר נמצאים בשימוש, כמו גם על ידי שימוש בתאונות דרכים של מחלות טרנסטרוגניבהילה, כמו כן, כמו גם כן, אשר אינם יכולים לעבור על ידי שימוש בתאונות דרכים אינטראקטיביים, כמו כן, כמו כן

שיטות מסורתיות לניהול POPs - כגון Incineration, לכידת הקרקע, או כלור כימי - לעתים קרובות לייצר אבקה משנית או לדרוש תנאים קיצוניים. incineration של כלור POPs יכול לייצר dioxins אם לא מבוקר בקפידה. Landfilling רק מעכב את הבעיה, ולכן, יש צורך דחוף להפוך תהליכים טיפוליים כי הם להפוך מוצרים קלים יותר מימן, כי הוא יכול להפעיל מינרליים חזק יותר, כי הוא יכול להפעיל קרינת פחמן דו-חמצני חזק יותר, כי הוא יכול להפעיל את החמצן חזק יותר, 000 חזק יותר, 000 חזק, כי הוא מבטיח, 000 חזק, 000 יעיל יותר, 000 פחמן דו-חמצני, 000 יעיל יותר, כי הוא עשה את זה יכול להפעיל את הפחתת חמצן יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000.

יסודות של שיתוק הטרוגניים בזיהום

שיתוק heterogeneous מוגדר על ידי זרז קיים בשלב שונה מן המשיבים.התצורה הנפוצה ביותר כוללת זרז חזק אינטראקציה עם מזהמים נוזליים או גז-phase. זה הבדל שלב זה הוא יתרון מעשי משמעותי: ניתן להפריד בקלות מן תערובת התגובה על ידי סינון, משקעים, או רטיקול מגנטי, המאפשר התאוששות פשוטה שדה השימוש שלה כבר מותאמים באופן נרחב עבור מקורות סביבתיים שלה מאז הפונקציונליים כבר בשנת 1990.

עקרונות מרכזיים השולטים בהידרדרות הקטליטית הטרוגנית כוללים:0adsorptionFeloph:1 - המחייבים מולקולות מזוהות לאתרים פעילים על פני השטח - ואחריו על ידי FLT:2surface Response MonumentFLT 3: שבו אגרות חוב שבורות וחדשניות, ולבסוף FLT:4desorption FLT:5 של מוצרים מזהמים, בדרך כלל, יש צורך בצורות זרם אלקטרוניות, לפחות, או מינרלים, על פני השטח.

למה הוא יותר הומוגני?

בקטאליזה הומוגנית, הזרז הוא באותו שלב כמו המשיבים (לעתים קרובות מומסים בשלב הנוזלי) בעוד זרז הומוגני יכול להיות מאוד סלקטיבי ופעיל, הם סובלים ממחזוריות גרועה, זיהום של זרם המוצר, וקשה בניתוח מתמשך. heterogeneous זרזים לעקוף בעיות אלה.

מנגנונים של Catalytic POP Degradation

זרזים heterogeneous derated POPs באמצעות מספר מנגנונים נפרדים, לעתים קרובות לפעול בו זמנית או ברצף.הבנת מנגנונים אלה היא חיונית לאופטימיזציה של עיצוב זרז ותנאי תהליך.

קטליטית Oxidation

קטליטית רטובה חמצון אוויר (CWAO) ו אוזון קטליטי הם שני מסלולי חמצון עיקריים. ב CWAO, חמצן מולקולרי משמש כחמצן תחת טמפרטורות בינוניות (100–300 מעלות צלזיוס) ולחצים (10–50 בר) זרז (לעתים קרובות מבוסס על מתכות אציליות (Pt, Pd, Ru) או מעבר oxides (Cu, MN), MN) כדי לשבור את החמצן הקיצוני (Ox) או OH) באופן קבוע (אוקס) לחמצן (אוקס) באופן קבוע (O) באופן קבוע (O) (אוקס) (O) כמולקולות (חמצן) או חמצן (חמצן) (O) כחמצן (או חמצן (חמצן) או חמצן (או חמצן (חמצן) כדי להפחית 2xic) באופן קבוע (אוקסד) או חמצן) (חמצן) באופן קבוע (או חמצן) (חמצן) (חמצן) (חמצן (חמצן) (חמצן) (חמצן) (חמצן) (חמצן) או חמצן (דלקתי) באופן קבוע (דלקתי) או חמצן (חמצן) (חמצן) באופן קבוע (חמצן) (או חמצן) (חמצן) (או חמצן) (או חמצן) (או חמצן) (או חמצן) (חמצן 2.

אוזון קטליטי משלב את האוזון (O3) עם זרז לייצר רדיקלים הידרוקסיל אפילו יותר יעיל.נוכחותו של זרז מוצק כגון MnO2, Fe2O3, או פחמן מופעל באופן דרמטי משפר את פירוק האוזון לתוך רדיקלים, המוביל למינרליזציה מהירה יותר של מזהמים כמו atrazine או לינדאן.זה זו מפחיתה את כמות של אוברוזיס נחוץ היווצרות של או סגמנטציה -

הפחתה של קטליטית

שאיפת Reductive הוא חשוב במיוחד עבור כלורנטים, כגון PCBs ו- chlorinated benzenes.תחת אווירה של מימן (H2) או בנוכחות סוכן מופחת כמו sodium בוורטייד, זרז מתכת - במיוחד חידליום, ניקל, או ברזל - ניכוי אג"ח פחמן-לגן.

ברזל אפס-ערך (ZVI) הוא חומר מצמצם קלאסי, אך תגובתו היא לעתים קרובות מועברת על ידי היווצרות של שכבות תחמוצת. Bmetallic (למשל, Pd /Fe או Ni /Fe) להתגבר על הגבלה זו על ידי הפיכה של מתכת קטליטית עם תורם אלקטרוני (Feoe0) מקלה על ייצור מימן וייצוב מינים תגובתיים, שיפור דרמטי של מערכות טיהור יעיל כגון סגסוגת מים).

צילום: Photocatalysis

Photocatalysis משתמשת באנרגיה קלה כדי לייצר זוגות חור אלקטרוני בזרז מוליכים למחצה. Titanium דו חמצני (TiO2) הוא photocatalyst הנפוץ ביותר בשל יציבותו הכימית, לא רעילות, וכוח חמצון חזק על תאורה UV. כאשר photon של אנרגיה גדולה יותר מאשר את הפער (3.2 e-V עבור anatase TiO2) נספג, אלקטרון (e) הוא מקודם למולקולות אלקטרו-אוקסורדות עם הדבקה קיצונית.

הגבלה גדולה של TiO2 קונבנציונלי היא חוסר היכולת שלה לספוג אור גלוי.מחקר עדכני התמקד doping TiO2 עם חנקן, פחמן, או sulfur כדי לצמצם את פער הלהקה, או הפיכה TiO2 עם מוליכים למחצה אחרים (למשל, WO3, BiVO4) כדי להרחיב את ספיגה לתוך הטווח הנראה לעין.

Catalysts for POP Degradation

בחירת חומר זרז תלויה במנגנון היעד, התגובה, ותנאי התפעול. להלן הם המעמדות הנפוצים ביותר של זרזים, כל אחד עם יתרונות ומגבלות שונים.

Metal Oxide Catalysts

טיטניום דו חמצני (TiO2) נשאר ה- benchmark עבור יישומים פוטו-קטליטיים. aatase פולימורפ הוא photoactive ביותר. עבור חמצון קטליטי תרמי, דו-חמצני (MnO2) הוא זרז מועדף עבור תרכובת אורגנית תנודתית (VOC) oxidation ו- Ozone decomposition בשל מספר oxidation (Mn2+, M3+n) oxin) oxer (Ocer) oxin) oxin-Ocrecrecicericolicer (OLC) oxin) oxin) כמו C2 (Cot) oxin C2 (Cot) oxidation) oxin-OLC) oxin C2, או C2, לדוגמה, או C) oxidation) oxidation) oxairrccupt) oxairricol-OLC (Coidation) oxidation) oxidation (Coidation) oxidation) oxairrcccupicol-OLC) oxairrcupicol C2, לעומת מחזור

תגיות: Noble Metal Catalysts

פלטינום, שיתוק, ruthenium, וזהב נתמך על נושאים בעלי איכות גבוהה כגון ⁇ -Al2O3, SiO2, TiO2, או מופעל פחמן להציג פעילות פנימית גבוהה עבור הן חמצון ותגובות מופחתת. לדוגמה, Pd / Al2O3 הוא מאוד סלקטיבי עבור הידרוכלור של מחלות פחמן תחת תנאים קלים (Norreme-C) או הרעלת שתן פעיל (recerecereceine) הם גם על ידי ⁇ -a) או ⁇ recerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecegine) או ⁇ (recerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecereceretine) הם ⁇ d) או ⁇ dine (Rine).

פחמן-ספופורט Catalysts

פחמן מופעל, צינורות פחמן, וחומרים המבוססים על גרפן משמשים הן כזרזים תומך וכזרז עצמם. פחמן מופעל יכול מודעות אובב פאזה משלבים aqueous או גז, ריכוז אותם ליד אתרי קטליטיים. כאשר מלוטש עם חלקיקים מתכת, תמיכה פחמן מופעלת מספק שטח גבוה וסביבת אינרטית כימית.

Catalysts ו-Nanostructured Catalysts

ההתקדמות ב- nanoטכנולוגיה יצרה זרזים עם מעט מורפולוגיה מבוקרת, גודל, ומשטחי קריסטל בגודל NNO-TO2 nanotubes להציג שטח פני השטח גבוה יותר ואתרים פעילים יותר מאשר רוב TiO2. Core-shell מבנים (למשל, חלקיקים בגודל N3O2@SiO2@Pd) משלבים ליבה מגנטית עבור הפרדה קלה עם מסגרות מתכת-אורגניות (Fopic) ואפקטים ראשיים (Fopic) עם אפקטים אופטיים עם אפקטים אופטיים (Ficial) עם אפקטים אופטיים) עם אפקטים אופטיים עם אפקטים אופטיים (FD2 / FPTD2 / OPT) עם אפקטים אופטיים) עם אפקטים אופטיים) עם אפקטים אופטיים (Ficial) עם אפקטים אופטיים) עם אפקטים אופטיים (Ficial) עם אפקטים אופטיים (Ficial) עם השפעות מכניים (Ficial) עם חומרים עם השפעות ⁇ pid) עם השפעות axicial) עם חומרים עם חומרים עם חומרים עם חומרים מכניים עם השפעות מכניים עם השפעות ⁇ pgicial) עם השפעות ⁇ pgicial) עם השפעות ⁇ pgicial) עם חומרים עם חומרים ⁇ p

יתרונות מעשיים של שיתוק heterogeneous עבור תיקון POP

מנקודת מבט הנדסית ותפעולית, קטליזה הטרוגנית מציעה כמה יתרונות משכנעים על טכנולוגיות טיפול חלופיות.

  • (FLT:0) Catalyst Reusentiment: 1FLT:1 ניתן לשחזר את הזרז ומחזר מספר פעמים, צמצום עלויות החומר ופסולת משנית.לדוגמה, זרז Pd/TiO2 המשמש בה הידרודורציה ניתן להשתמש בו מחדש במשך יותר מ -10 מחזורים עם אובדן פעילות קטן בלבד.
  • (FLT:0) מבצע סימבודיות: הפרדה 1FLT:1 הוא פשוט - מתפתל, צנטריפוגה או אוסף מגנטי.זה מאפשר שילוב לתוך כור זרימה רצופים, אשר יעילים יותר מתהליכי אצווה עבור התחדשות בקנה מידה תעשייתי.
  • (FLT:0) תנאים: ⁇ FLT:1 תהליכים קטליטיים רבים פועלים בטמפרטורה ולחץ, צמצום דרסטי של צריכת האנרגיה בהשוואה למחזור (שצריך > 850 °C) או חמצון מים ביקורתי/על-טבעי.
  • (FLT:0) selectivity Controlrov: 1FLT על ידי בחירת סביבת הזרז והתגובה (למשל, פוטנציאל החמצן האדום, pH, אורכי גל), מתרגלים יכולים להניא את ההשפלה כלפי מוצרים הרצויים, הימנעות היווצרות של יותר מ ביניים רעילים - בעיה ידועה בתהליכים תרמיים לא-קטליטיים.
  • (FLT:0) הסתברות למתיריס מורכבים: זרזים הטרוגניים 1 (Heterogeneous זרזים) יכולים לטפל במים מזוהמים, אוויר וקרקע.הם פחות רגישים להפרעה ממלחים לא אורגניים מאשר טיפול ביולוגי, והם יכולים להתמודד עם זרמי אבקה מעורבים.

אתגרים מרכזיים ומגבלות

למרות הבטחתו, היישום של שיתוק הטרוגניים להידרדרות של POP עומד בפני מכשולים מדעיים וטכניים שיש לטפל בהם לאימוץ נרחב.

Catalyst Deactivation

(הופנה מהדף מספר מנגנונים: FLT:0) § (הפצה של פיקדונות פחמן או פרסומות מעוקלות על פני השטח); FLT:2poisoning אסטרטגיות של בקרה מימן 3FLT (כדוגמת יתר של חומרים כגון sulfur, chlorine, או מתכות כבדות שחוסמות את אתרי מתכת; LT5Finterverses)

המונחים: by Product Formation

השפלה בלתי גמורה יכולה לייצר ביניים רעילים יותר מהורה POP.לדוגמה, ההשפלה photocatalytic של לינדין עשויה ליצור חומרים רעילים Pentachlorocyclohexene isomers.עיצוב זרזים שמניעים מינרליזציה להשלמת - במקום להניב מוצרים חלקיים יציבים - נשארים אזור מחקר פעיל. Surface Engineering, שליטה על זמן מגורים, וניתוק של oxidative ולהפחית צעדים אפשריים בפתרונות כור יחידניים.

שיקולים

זרזי מתכת אציליים יקרים, ואפילו עם מחזור, ההשקעה הראשונית הון יכול להיות אסרטיבי.העלות של מנורות UV עבור photocatalysis מוסיפה הוצאות תפעוליות ותחזוקה. Scale-up מהוכחה מעבדה לטיפול בקנה מידה שדה לעתים קרובות מגלה מגבלות העברה המונית, טיפות לחץ מוגברת, ודינמיקה נוזלי לא-ide כי יעילות נמוכה יותר.

השפעות מטריקס ומורכבות סביבתית

דגימות סביבתיות אמיתיות מכילות קוקטייל של חומרים אורגניים ולא אורגניים.חומר אורגני טבעי (NOM) יכול לרסן רדיקלים, להתחרות באתרים פעילים, או לחסום את הנפיחות יכול לשפר את הניחת מתכות או לשנות את הכימיה פתרון.נוכחות של מתכות כבדות עלולה להעלים את הזרז.לכן, זרזים המבצעים היטב פתרונות סינתטיים באמצעות מים מסולקים לעתים קרובות פעילות מופחתת בניסויים שדהיים (ללא זרז) בעוד שפחות, תוך שימוש במולקולות קטנות יותר.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

החוקרים בוחנים מספר גישות חדשניות כדי להתגבר על המגבלות הנוכחיות ולדחוף את הגבולות של ההידרדרות הקטליטית של POP.

המונחים: light Photocatalysis

מינון TiO2 עם חנקן, פלואורין, או non-metals מרחיב את ספיגת האור שלה לתוך הספקטרום הנראה לעין. Alternatively, שחור TiO2 - המיוצר על ידי מימן - מכסה שכבת משטח מופרעת כי מלכודות יותר פוטונים. Graphitic פחמן nitride (g-C3N4) צמחה כתמונה ללא מתכת עם פער של 2.7Vocreic עם קידוד חיצוני (OPT) עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה (Ocfic) עם מוליכים למחצה) עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם PFA3D2 (Ocfcfcfcfcfcfcfic) עם PF) עם מוליכים למחצה) עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם PF) עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה (Oc3D2 (OPTD2 (OPTN) עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם

ספורטאי יחיד

זרזי מתכת מפוזרים באופן אטומי (single-atom זרז, SACs) למקסם את יעילות האטום ולעתים קרובות להציג תכונות אלקטרוניות ייחודיות נבדל nanoparticles. לדוגמה, אטומי Fe מבודדים על פחמן דו-פעמי חנקן (Fe-N-C) הוכיחו פעילות יוצאת דופן עבור ההשפלה חמצון של מזהמים אורגניים באמצעות מנגנון דמוי פנטון, עם מינימום ל-SAC עבור הפחתה מוקדמת עדיין לעשות שימוש מזערי של משתמשים.

תהליכי Photoelectrochemical ו היברידית

תצלום משותף עם הטיה אלקטרו-כימית היברידית (פוטוקטאליזה) יכול לדכא את ה- אלקטרונים-החורה מחדש, להגדיל את חיי נושאי המטען, ולדחוף הן את תגובות החמצן וההפחתה בו-זמנית. A photoanode (למשל, TiO2 ננוtube מערך) וקטודה (למשל, Pt mesh) יכול להפיג את POP ב-A photoanode (למשל, תוך צמצום של תאים חשמליים מזיקים).

Machine Learning and Computational Catalyst Design

המרחב העיצובי העצום של יצירות זרז, מורולוגיות, ותנאי התגובה הובילו את החוקרים ליישם בינה מלאכותית כדי לגלות expedite. high-byput הקרנה של ספריות זרז, בשילוב עם חישובים פונקציונליים צפיפות (DFT), יכול לזהות שילובים חד-חמצני מבטיחים עבור דגמי למידה של POPs. Machine על שיעורי הפחתת הפירוק הניסויים יכול לחזות טמפרטורה אופטימלית, pH, וטעינה עבור גישה חד-מזה נתון.

דוגמאות למקרים ודוגמאות

כדי להמחיש את הרלוונטיות של שיתוק הטרוגניים, לשקול כמה יישומים מתועדים:

  • (FLT:0) ההשפלה המפונקטיבית של PCB בסלוריות: FLT:1 השתמש TiO2 לא משגשג על גבי כוס מתחת לאור UV-A, 80% של השפלה של מדבקות PCB נמוך-chlorated הושגו ב 6 שעות.
  • (FLT:0) oxidation אוויר רטוב של פסולת טקסטיל המכיל צבעי צואזור כלור: FLT:1 A Ru / TO2 זרז בהצלחה מינרל יותר מ-95% של פחמן אורגני מומס ב-180 מעלות צלזיוס ו 50 בר O2, עם זרז שמירה על פעילות מעל 50 שעות של פעולה רציפה.
  • (FLT:0)Bimetallic Pd / Fe חלקיקים עבור in situ קרקע מים remediation של TCE:FLT 1 injecting sub-micrometer Pd / Fact חלקיקים לתוך זרם contaminant ירד ריכוזי TCE מ -2,000 מיקרוגרם / L עד מתחת ל מתחת לגבולות זיהוי (0.5 μg / L) בתוך חודשיים, ללא אפשרות לזהות על ידי רעילים.
  • (FLT:0) פיזור פוטו-קטליטי של לינדיאן באמצעות N-doped TiO2:teauFLT:1 בכורים בקנה מידה פיילוט שנחשפו לשמש, הסרת לינדיאן עלתה על 90% לאחר שעתיים במימים מרופפים היטב, המוכיח את הפוטנציאל עבור טיפול זול, ללא תשלום באזורים כפריים.

מסקנה

שיתוק heterogeneous הוא כלי רב ויעיל עבור ההשפלה של אבקות אורגניות מתמשך.היכולת שלה לפעול בתנאים קלים, להקל על התאוששות זרז, ולכוון אג"ח כימי ספציפי הופך אותו למושלם או להחליף טכניקות ניהול מסורתיות POP.ממממ מתכת זרז ופתרונות מגנטיים אציליים מגנטיים חזקים יותר כדי לפתח מערכות כלכלה חד-אטומית ומכשירים היברידיים חשמליים, התחום ממשיך להתפתח, על ידי לחץ כפול של צורך סביבתי מתקדם של אנרגיה, בעוד שהוא ימשיך לספק אתגרים מתקדמים, תוך שמירה על פני כדור הארץ, בעוד שהוא מבטיח, תוך שמירה על יציבות מדעית מתקדמת יותר ויותר, תוך שמירה על פני גלקטיים, בעוד שהוא מבטיח, תוך שמירה על פני זרז, תוך שמירה על תהליכים מתקדמים, תוך שמירה על יציבות גלובלית, תוך שמירה על פני מערכות אבטחה מתקדמת יותר ויותר, תוך שמירה על איכות גבוהה יותר ויותר, תוך שמירה על איכות עולמית של חומרים סביבתיים מתקדמת של חומרים סביבתיים מתקדמת של מערכות אבטחה גבוהה יותר ויותר, תוך שמירה על פני מערכות אבטחה מתקדמת של מערכות אבטחה מתקדמת, תוך שמירה על איכות גבוהה יותר ויותר, תוך כדי שמירה על איכות חיים גבוהה יותר ויותר, תוך שמירה על פני מערכות אבטחה גבוהה יותר ויותר, תוך כדי שמירה על יציבות גבוהה יותר ויותר, תוך שמירה על פני מערכות אבטחה גבוהה יותר ויותר, בעוד שהוא מבטיח