A remoção de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) no ambiente do solo é de grande importância para a reparação do ecossistema danificado a longo prazo. No entanto, o fraco processo de transferência de massa e a baixa atividade catalítica na maioria dos métodos convencionais levam a uma eficiência de remoção limitada.



Uma equipe de cientistas construiu uma estrutura núcleo-casca de hidroxiapatita com dopagem F gradiente (HAP@FAP) com o efeito de acoplamento de flexoeletricidade e piezoeletricidade para degradação de PAHs no solo que fornecem abordagens inovadoras para a remediação do solo. Seu trabalho foi publicado na revista Industrial Chemistry &Materials .

O fraco processo de transferência de massa nos métodos convencionais de remediação do solo continua a ser um factor significativo que dificulta a sua aplicação futura. Recentemente, a piezocatálise foi desenvolvida como uma nova tecnologia de conversão de energia. A vibração mecânica (ultra-som ou agitação, etc.) pode induzir a distorção da rede de piezocatalisadores e acelerar a transferência de massa no sistema do solo, levando a uma maior degradação piezocatalítica dos PAHs no solo, o que mostra grande potencial na remediação do solo.

Hidroxiapatita (Ca₁₀ (PO₄ )₆ (OH)₂ , HAP), como piezocatalisadores minerais naturais, apresentam vantagens únicas de respeito ao meio ambiente no campo da remediação piezocatalítica de solos. No entanto, o maior desafio é o fraco coeficiente piezoelétrico (13–16 pm V ^-1 ) de HAP, levando a baixa atividade catalítica.

“Como construir piezocatalisadores minerais baseados em HAP com alta atividade piezocatalítica para remediação de solo é a direção dos esforços de nossa equipe”, explica Jianmei Lu, professor da Universidade Soochow.

Os pesquisadores fabricaram com sucesso uma estrutura núcleo-casca HAP@FAP com dopagem F gradiente por meio de um método simples de troca iônica, que induziu o efeito de acoplamento de piezoeletricidade e flexoeletricidade por gradiente de deformação integrado para atividade piezocatalítica aprimorada.

A degradação oxidativa do fenantreno (PHE) no solo (200 mg kg ^-1 ) foi realizado para avaliar as atividades piezocatalíticas dos catalisadores. HAP@FAP exibiu a atividade piezocatalítica otimizada de que 79% de PHE podem ser degradados sob vibração ultrassônica por 120 min. Isto é significativamente superior ao HAP e F-HAP puros com uma estrutura de soluções sólida. Além disso, foram investigados os efeitos da dosagem do catalisador, da relação água-solo e da potência ultrassônica no desempenho da degradação.

A equipe de pesquisa também propôs o possível mecanismo de degradação do PHE causado pela polarização piezoelétrica. O gradiente de deformação de rede gerado na direção núcleo-invólucro de dopagem F do gradiente induziu a flexoeletricidade melhorou a atividade piezocatalítica.

Sob vibração ultrassônica contínua, o campo elétrico polarizado em HAP@FAP levou portadores de carga para a superfície, gerando espécies reativas de oxigênio para degradação oxidativa de PHE, em última análise, em CO₂ e H₂ O, atingindo o objetivo de tratamento inofensivo de poluentes do solo.

Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa espera que seu trabalho possa fornecer insights para a modificação de catalisadores piezoelétricos para a remediação de solos contaminados com produtos orgânicos de terrenos industriais. "Em seguida, planejamos aumentar a escala para atingir o objetivo final de aplicação industrial. Nosso catalisador desenvolvido pode ser potencialmente aplicado em vários poluentes orgânicos persistentes contaminados em áreas industriais, como bifenilos policlorados e naftaleno", disse Lu.

Mais informações: Jun Han et al, Flexoeletricidade em hidroxiapatita para a degradação piezocatalítica aprimorada de fenantreno no solo, Química Industrial e Materiais (2023). DOI:10.1039/D3IM00093A
Fornecido por Química Industrial e Materiais