Cientistas projetam catalisador bifuncional para resolver problemas de poluição ambiental

Pesquisadores desenvolveram uma nova estrutura metal-orgânica tridimensional interpenetrante de 2 vezes à base de polioxovanadato que mostra desempenhos catalíticos satisfatórios para a oxidação seletiva de sulfeto de 2-cloroetil etil (CEES) em sulfóxido correspondente (CEESO) e fotodegradação em direção ao fenol , 2-clorofenol e m -cresol sob luz visível. Crédito:Polioxometalatos, Tsinghua University Press

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Bohai, na China, projetou e sintetizou um catalisador bifuncional que pode resolver a poluição ambiental causada pelo gás mostarda e compostos fenólicos. Eles sintetizaram este catalisador bifuncional, uma nova estrutura metal-orgânica tridimensional à base de polioxovanadato, sob condições hidrotérmicas.

Seu trabalho foi publicado na revista Polyoxometalates .

O catalisador bifuncional da equipe mostra desempenhos catalíticos satisfatórios para a oxidação seletiva de sulfeto de 2-cloroetil etil (CEES) em sulfóxido correspondente (CEESO) e fotodegradação em direção a fenol, CEES e m-cresol sob luz visível. Um catalisador bifuncional é aquele que fornece funções catalíticas ácidas e básicas.

Nos últimos anos, o problema das substâncias orgânicas perigosas que causam poluição tem suscitado considerável preocupação. Os cientistas concentraram o seu trabalho no desenvolvimento de métodos razoáveis para a degradação destas substâncias orgânicas perigosas. CEES, ou gás mostarda, é um agente de guerra química que causa doenças graves de pele, forte irritação do trato respiratório e até morte.

Desde que o gás mostarda foi usado pela primeira vez na Primeira Guerra Mundial, os pesquisadores têm procurado maneiras de desintoxicar esse agente de guerra química. O M-cresol é um composto orgânico extraído do alcatrão de carvão e utilizado na produção de outros produtos químicos, incluindo pesticidas. É corrosivo para os olhos, pele e trato respiratório.

Os poluentes fenólicos persistem frequentemente nas águas residuais poluídas que fluem do trabalho industrial, agrícola e doméstico. Uma vez que chegam aos sistemas hídricos, os poluentes fenólicos podem ser muito prejudiciais aos seres humanos e ao meio ambiente. Esses poluentes podem ser extremamente tóxicos a ponto de causar a morte de animais, pássaros ou peixes.

Eles também podem impedir o crescimento ou matar plantas. Os cientistas têm trabalhado para projetar, por síntese, novos catalisadores bifuncionais que possam converter esses tipos de poluentes perigosos em degradantes de baixa toxicidade. No entanto, até este momento, os cientistas não tinham conseguido com sucesso a preparação de estruturas metal-orgânicas interpenetrantes de alta dimensão que pudessem atuar como catalisadores bifuncionais capazes de oxidar CEES a CEESO e degradar compostos fenólicos sob luz visível.

Os polioxometalatos (POMs) são um tipo de aglomerados de óxidos metálicos inorgânicos com diversas estruturas arquitetônicas e propriedades atraentes. Devido à sua ampla gama de estruturas e funcionalidades, são uma das classes mais úteis de materiais moleculares inorgânicos. Dentro da família dos POMs, os polioxovanadatos (POVs) têm atraído cada vez mais atenção dos cientistas devido às suas diversas estruturas e propriedades notáveis.

Os pesquisadores usaram um ligante bis-piridil-bis-amida para construir a nova estrutura metal-orgânica baseada em POV. Eles então estudaram a estrutura metal-orgânica baseada em POV 3D usando análise de difração de raios X de cristal único, espectroscopia IR e difração de raios X em pó. "A longa característica do ligante à base de amida induz a formação de uma estrutura interpenetrante dupla incomum", disse Guo-Cheng Liu, professor associado da Universidade de Bohai.

O catalisador bifuncional da equipe catalisou com sucesso a oxidação seletiva de CEES tóxicos no correspondente sulfóxido mais seguro na presença de H₂ O₂ , ou peróxido de hidrogênio, como um oxidante ecológico. Funcionou sob luz visível com reciclabilidade e estabilidade eficazes. A conversão bem-sucedida foi superior a 99% e a seletividade foi de 97%.

Além disso, o catalisador bifuncional apresentou excelente atividade de degradação fotocatalítica em relação ao fenol, CEES e m-cresol sob luz visível. A equipe alcançou com sucesso eficiências de degradação acima de 92,6% durante 140 minutos.

Eles também investigaram detalhadamente a cinética da reação fotocatalítica, os mecanismos de fotodegradação e a capacidade de reciclagem do fenol. “Este trabalho fornece orientações importantes para o desenvolvimento de novos catalisadores bifuncionais baseados em POVs para descontaminação em água”, disse Liu.

Mais informações: Shuang Li et al, Nova estrutura metal-orgânica à base de polioxovanadato 3D interpenetrante duas vezes como catalisador bifuncional para a remoção de sulfeto de 2-cloroetil etil e compostos fenólicos, Polioxometalatos (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140061
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua

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