Tim istraživača sa Univerziteta Bohai u Kini dizajnirao je i sintetizovao bifunkcionalni katalizator koji može da reši zagađenje životne sredine izazvano iperitom i fenolnim jedinjenjima. Oni su sintetizovali ovaj bifunkcionalni katalizator, novi trodimenzionalni metal-organski okvir na bazi polioksovanadata, u hidrotermalnim uslovima.
Njihov rad je objavljen u časopisu Poliokometalates.
Bifunkcionalni katalizator tima pokazuje zadovoljavajuće katalitičke performanse za selektivnu oksidaciju 2-hloroetil etil sulfida (CEES) do odgovarajućeg sulfoksida (CEESO) i fotodegradaciju ka fenolu, CEES i m-krezolu pod vidljivom svetlošću. Bifunkcionalni katalizator je onaj koji obezbeđuje i kisele i bazične katalitičke funkcije.
Poslednjih godina, problem organskih opasnih materija koje izazivaju zagađenje izazvao je veliku zabrinutost. Naučnici su usredsredili svoj rad na razvoj razumnih metoda za razgradnju ovih organskih opasnih supstanci. CEES, ili iperit, je hemijski ratni agens koji izaziva teške kožne bolesti, jaku iritaciju respiratornog trakta, pa čak i smrt.
Pošto je iperit prvi put korišćen u Prvom svetskom ratu, istraživači su tražili načine za detoksikaciju ovog hemijskog ratnog agensa. M-krezol je organsko jedinjenje koje se ekstrahuje iz katrana uglja i koristi se u proizvodnji drugih hemikalija, uključujući pesticide. Korozivan je za oči, kožu i respiratorni trakt.
Fenolni zagađivači se često zadržavaju u zagađenoj otpadnoj vodi koja dolazi od industrijskih, poljoprivrednih i kućnih radova. Kada jednom uđu u vodene sisteme, fenolni zagađivači mogu biti veoma štetni za ljude i životnu sredinu. Ovi zagađivači mogu biti akutno toksični do te mere da izazovu smrt životinja, ptica ili riba.
Oni takođe mogu usporiti rast ili ubiti biljke. Naučnici su radili na dizajniranju sintezom novih bifunkcionalnih katalizatora koji mogu da pretvore ove vrste opasnih zagađivača u degradante niske toksičnosti. Međutim, do ovog trenutka, naučnici nisu uspešno postigli pripremu visokodimenzionalnih interpenetrirajućih metal-organskih okvira koji mogu delovati kao bifunkcionalni katalizatori sposobni da oksiduju CEES u CEESO i razgrađuju fenolna jedinjenja pod vidljivom svetlošću.
Polioksometalati (POM) su neka vrsta klastera neorganskih metalnih oksida sa različitim arhitektonskim strukturama i atraktivnim svojstvima. Zbog svog širokog spektra struktura i funkcionalnosti, oni su jedna od najkorisnijih klasa neorganskih molekularnih materijala. Unutar porodice POM, polioksovanadati (POV) su privukli sve veću pažnju naučnika zbog svoje raznovrsne strukture i izuzetnih svojstava.
Istraživači su koristili bis-piridil-bis-amid ligand da konstruišu novi metal-organski okvir zasnovan na POV. Zatim su proučavali metalno-organski okvir zasnovan na 3D POV koristeći analizu difrakcije rendgenskih zraka na jednom kristalu, IR spektroskopiju i difrakciju rendgenskih zraka na prahu. „Duga karakteristika liganda zasnovanog na amidu indukuje formiranje neobične dvostruke interpenetrirajuće strukture“, rekao je Guo-Cheng Liu, vanredni profesor na Univerzitetu Bohai.
Bifunkcionalni katalizator tima je uspešno katalizovao selektivnu oksidaciju toksičnog CEES do odgovarajućeg bezbednijeg sulfoksida u prisustvu H 2 O 2 , ili vodonik peroksida, kao ekološki prihvatljivog oksidansa. Radio je pod vidljivim svetlom sa efikasnom reciklažom i stabilnošću. Uspešna konverzija je bila veća od 99 procenata, a selektivnost je bila 97 procenata.
Pored toga, bifunkcionalni katalizator je pokazao odličnu aktivnost fotokatalitičke degradacije prema fenolu, CEES-u i m-krezolu pod vidljivom svetlošću. Tim je uspešno postigao efikasnost degradacije iznad 92,6 procenata za 140 minuta.
Takođe su detaljno istražili kinetiku fotokatalitičke reakcije, mehanizme fotodegradacije i sposobnost recikliranja fenola. „Ovaj rad pruža važne smernice za razvoj novih bifunkcionalnih katalizatora zasnovanih na POVs za dekontaminaciju u vodi“, rekao je Liu.
