La eliminación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el suelo es de gran importancia para reparar el ecosistema dañado a largo plazo. Sin embargo, el proceso de transferencia de masa deficiente y la baja actividad catalítica en la mayoría de los métodos convencionales conducen a una eficiencia de eliminación limitada.
Un equipo de científicos ha construido una estructura núcleo-cubierta de hidroxiapatita con dopaje F en gradiente (HAP@FAP) con el efecto de acoplamiento de flexoelectricidad y piezoelectricidad para la degradación de los HAP en el suelo, lo que proporciona enfoques innovadores para la remediación del suelo. Su trabajo fue publicado en la revista Industrial Chemistry &Materials. .
El deficiente proceso de transferencia de masa en los métodos convencionales de remediación de suelos sigue siendo un factor importante que dificulta su aplicación posterior. Recientemente, la piezocatálisis se ha desarrollado como una nueva tecnología de conversión de energía. La vibración mecánica (ultrasonido o agitación, etc.) puede inducir la distorsión de la red de los piezocatalizadores y acelerar la transferencia de masa en el sistema del suelo, lo que lleva a una mayor degradación piezocatalítica de los HAP en el suelo, lo que muestra un gran potencial en la remediación del suelo.
Hidroxiapatita (Ca10 (PO4 )6 (OH)2 , HAP), como piezocatalizadores minerales naturales, presentan ventajas únicas de respeto al medio ambiente en el campo de la remediación piezocatalítica de suelos. Sin embargo, el mayor desafío es el débil coeficiente piezoeléctrico (1–16 pm V -1 ) de HAP, lo que lleva a una baja actividad catalítica.
"Cómo construir piezocatalizadores minerales basados en HAP con alta actividad piezocatalítica para la remediación de suelos es la dirección de los esfuerzos de nuestro equipo", explica Jianmei Lu, profesor de la Universidad de Soochow.
Los investigadores fabricaron con éxito una estructura núcleo-cubierta HAP@FAP con dopaje F en gradiente mediante un método simple de intercambio iónico, que indujo el efecto de acoplamiento de la piezoelectricidad y la flexoelectricidad mediante un gradiente de tensión incorporado para mejorar la actividad piezocatalítica.
La degradación oxidativa del fenantreno (PHE) en el suelo (200 mg kg -1 ) se llevó a cabo para evaluar las actividades piezocatalíticas de los catalizadores. HAP@FAP exhibió la actividad piezocatalítica optimizada de que el 79% del PHE se puede degradar bajo vibración ultrasónica durante 120 minutos. Esto es significativamente superior a HAP y F-HAP prístinos con una estructura de soluciones sólidas. Además, se investigaron los efectos de la dosis de catalizador, la relación agua-suelo y la potencia ultrasónica sobre el rendimiento de la degradación.
El equipo de investigación también propuso el posible mecanismo de degradación del PHE causado por la polarización piezoeléctrica. El gradiente de deformación de la red generado en la dirección núcleo-cubierta del gradiente de dopaje F indujo la actividad piezocatalítica mejorada por flexoelectricidad.
Bajo vibración ultrasónica continua, el campo eléctrico polarizado en HAP@FAP impulsó a los portadores de carga a la superficie, generando especies reactivas de oxígeno para la degradación oxidativa del PHE en última instancia en CO2. y H2 O, lograr el objetivo de un tratamiento inofensivo de los contaminantes del suelo.
De cara al futuro, el equipo de investigación espera que su trabajo pueda proporcionar información para la modificación de catalizadores piezoeléctricos para la remediación de suelos contaminados con sustancias orgánicas en terrenos industriales. "Próximamente planeamos ampliar la escala para lograr el objetivo final de la aplicación industrial. Nuestro catalizador desarrollado podría aplicarse potencialmente en terrenos industriales contaminados con diversos contaminantes orgánicos persistentes, como bifenilos policlorados y naftaleno", dijo Lu.
Más información: Jun Han et al, Flexoelectricidad en hidroxiapatita para la degradación piezocatalítica mejorada del fenantreno en el suelo, Química y materiales industriales (2023). DOI:10.1039/D3IM00093A
Proporcionado por Química y Materiales Industriales
