16:38 2024-05-06 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Inginerii rezolvă misterul „cataliza vs coroziune” în producția electrochimică de ozon

_ Inginerii rezolvă Misterul „cataliza vs coroziune” în producția electrochimică de ozon

Cercetătorii de la Universitatea din Pittsburgh și Universitatea Drexel din Philadelphia, împreună cu Laboratorul Național Brookhaven, lucrează pentru a rezolva un mister în mai multe părți pentru a face tratamentele de dezinfecție a apei mai durabile.

Tehnologiile scalabile de producere a ozonului electrochimic (EOP) pentru dezinfectarea apei murdare pot înlocui într-o zi tratamentele centralizate cu clor folosite astăzi, fie în orașele moderne, fie în satele îndepărtate. Cu toate acestea, se înțelege puțin despre EOP la nivel molecular și despre modul în care tehnologiile care o fac posibile pot fi făcute să fie eficiente, economice și durabile.

Cercetarea lor, „Interacțiunea dintre coroziunea catalizatorului și speciile reactive de oxigen omogene. în producția electrochimică de ozon”, a fost publicat recent în revista ACS Catalysis.

Autorul principal este Drexel Ph.D. student Rayan Alaufey, cu cercetători de la Drexel, inclusiv co-PI Maureen Tang, profesor asociat de inginerie chimică și biologică, cercetător postdoctoral Andrew Lindsay, Ph.D. studenta Tana Siboonruang și Ezra Wood, profesor asociat de chimie; co-PI John A. Keith, profesor asociat de inginerie chimică și petrolieră și student absolvent Lingyan Zhao de la Pitt; și Qin Wu din Brookhaven.

„Oamenii au folosit clorul pentru tratarea apei potabile încă din secolul al XIX-lea, dar astăzi înțelegem mai bine că clorul poate să nu fie întotdeauna cea mai bună opțiune. EOP, de exemplu, poate genera ozon, un moleculă cu aproximativ aceeași putere de dezinfectare ca și clorul, direct în apă.

„Spre deosebire de clorul care persistă stabil în apă, ozonul din apă se descompune în mod natural după aproximativ 20 de minute, ceea ce înseamnă că este mai puțin probabil să dăuneze oamenilor atunci când îl consumă. de la apă la robinet, când înotați într-o piscină sau când curățați rănile într-un spital”, a explicat Keith, care este, de asemenea, R.K. Mellon Faculty Fellow în Energie la Pitt’s Swanson School of Engineering.

„EOP pentru dezinfecția durabilă ar avea foarte mult sens pe unele piețe, dar pentru a o face este nevoie de un catalizator suficient de bun și, deoarece nimeni nu a găsit încă un catalizator EOP suficient de bun, EOP este prea costisitoare și consumatoare de energie pentru o utilizare mai largă.

„Colegii mei și cu mine ne-am gândit că dacă am putea decoda la nivel atomic ceea ce face ca un catalizator EOP mediocru să funcționeze, poate am putea proiecta un catalizator EOP și mai bun.”

Rezolvarea misterului modului în care funcționează catalizatorii EOP. este crucială pentru înțelegerea modului de proiectare mai bună a unuia dintre cei mai promițători și mai puțin toxici catalizatori EOP cunoscuți până în prezent: oxidul de staniu dopat cu nichel și antimoniu (Ni/Sb–SnO2 sau NATO).

Aici, a spus Keith, este dilema: care este rolul fiecărui atom în NATO pentru a ajuta EOP? Se formează ozonul catalitic în felul în care ne dorim sau se formează deoarece catalizatorul se descompune și trebuie făcute lucrări viitoare pentru ca catalizatorii NATO să fie mai stabili?

În mod surprinzător, cercetătorii au descoperit că este probabil o combinație a ambelor.

Folosind analize electrochimice experimentale, spectrometrie de masă și modelare computațională de chimie cuantică, cercetătorii au creat o „întreprindere la scară atomică” pentru a explica modul în care ozonul este generat pe electrocatalizatorii NATO.

Pentru prima dată, ei au identificat că o parte din nichelul din NATO se scurge probabil din electrozi prin coroziune, iar acești atomi de nichel, care plutesc acum în soluția din apropierea catalizatorului, pot promova reacții chimice care în cele din urmă. generează ozon.

„Dacă dorim să facem un electrocatalizator mai bun, trebuie să înțelegem ce părți funcționează și ce nu funcționează. Factori precum leșierea ionilor metalici, coroziunea și reacțiile în fază de soluție pot da aspectul că un catalizatorul funcționează într-un fel, când de fapt funcționează în alt mod.”

Keith a remarcat că identificarea prevalenței coroziunii și a reacțiilor chimice care apar departe de catalizator sunt pași importanți de clarificat înainte ca alți cercetători să poată urmări îmbunătățiri ale EOP și ale altor procese electrocatalitice.

În cadrul lor. concluzie, notează ei, „Identificarea sau respingerea existenței unor astfel de constrângeri tehnologice fundamentale va fi esențială pentru orice aplicații viitoare ale EOP și ale altor procese avansate de oxidare electrochimică.”

„Știm că tratarea electrochimică a apei funcționează pe mici. scară, dar descoperirea unor catalizatori mai buni îl va crește la scară globală. Următorul pas este găsirea de noi combinații atomice în materiale care sunt mai rezistente la coroziune, dar care promovează, de asemenea, o EOP viabilă din punct de vedere economic și durabil”, a spus Keith.

(Fluierul)

Inapoi