1,2の接触脱塩素化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11883 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

水素化ホウ素（水素供与体）と組み合わせたゼロ価銅ナノ粒子（nCuO）による有機汚染物質の水相触媒還元は、有望な結果を示しています。 これまでのところ、修復処理としての nCu0 に関する研究は、主に汚染物質の除去効率と分解メカニズムに焦点を当ててきました。 私たちの研究では、水相 1,2-ジクロロエタン (1,2- DCA) nCuO-水素化ホウ素経由。 走査型電子顕微鏡により、nCuO 粒子のナノサイズと準球形の形状が確認されました。 X線回折によりCu2OとCu2Oの存在が確認され、X線光電子分光法によりCu2O/Cun+比も得られました。 反応性実験では、nCuO は nCuO 合成中に残った水素化ホウ素からの H2 を利用できないため、1,2-DCA の脱塩素化には追加の水素化ホウ素が必須であることが示されました。 nCuO 粒子を洗浄すると、CuO/Cun+ 比 (1.27) が改善され、92% の 1,2-DCA が kobs = 0.345 h-1 で 7 時間で除去されました。これに対し、CuO を使用した未洗浄の nCuO (0.158 h-1) では 44% しか除去されませんでした。 /Cun+比は0.59、水素化ホウ素存在下。 塩化物 (1000 ～ 2000 mg L-1)、硫化物 (0.4 ～ 4 mg L-1)、および HA (10 ～ 30 mg L-1) の存在により、1,2-DCA の脱塩素化が抑制されました。 これは、おそらく CuO サイトの再生を介して追加の水素化ホウ素によって改善されました。 粒子をコーティングすると、触媒による脱塩素効率が低下しました。 除去された 1,2-DCA の 85 ～ 90% が塩化物として回収されました。 クロロエタンとエタンは主な脱塩素生成物であり、水素化分解が主要な経路であることを示しています。 我々の結果は、合成パラメーターと地下水溶質が、その物理化学的性質を変化させることによってnCu0触媒活性を制御していることを示唆しています。 したがって、nCuO-水素化ホウ素の実用化のための効率的な修復設計を開発するには、これらの要因を考慮する必要があります。

1,2-ジクロロエタン (1,2-DCA、C2H4Cl2) は塩素化揮発性有機化合物 (cVOC) であり、塩化ビニルモノマー 1 の合成を含む広範な産業用途があります。 広範囲にわたる地下汚染は、世界中の水資源と人間の健康に深刻な脅威をもたらしています。 米国だけでも、国家優先リストの 585 か所で 1,2-DCA 汚染が発見されています。 これは、循環不全や呼吸不全、神経障害などの健康への悪影響を引き起こす可能性があり、ヒトの発がん物質である可能性があります1。

過去 20 年間にわたり、ナノスケールのゼロ価鉄 (nZVI) とその改良配合物は、現場での適用が容易であり、広範囲の汚染物質を分解できるため、有望な地下浄化技術となってきました 2,3,4,5。 しかし、これらの製剤は、1,2-DCA6、7、8、9 を含む多くの cVOC を分解できませんでした。 代替方法として、ナノ触媒（銅、パラジウムなど）表面上の活性水素（H2）による液相接触還元が、これらの汚染物質を効果的に分解することがわかっています10、11、12、13、14、15、16、17。 cVOC の接触還元について提案されたメカニズムは、触媒がその表面に化学吸着された H2 を活性化して強力な還元剤 (H*) にし、その後、隣接するサイトに解離的に吸着された cVOC 分子を還元することを意味します (式 1-2)10、16、18。 。

加水分解 (式 3) を通じて H2 を生成できる水素化ホウ素 (BH4-) は、ナノメタルと組み合わせてさまざまな汚染物質を還元的に分解するテストに成功しました 11,14,15,16,17,19,20,21,22 、23、24、25、26。 さらに、BH4- はナノメタルの合成のために過剰に添加されることが多く、残留水素化ホウ素は地下水処理中に nZVI スラリーとともに地下に注入されます 3,27,28。 私たちの以前の実験室規模の研究では、nPd011 を触媒とする 1,2-ジクロロエタン (1,2-DCA) の脱塩素化を成功させるための H2 源として、ナノパラジウム (nPd0) 合成で得られた残留水素化ホウ素を効率的に使用することが実証されました。 これにより、追加の水素化ホウ素の必要性がなくなりました。