Des chercheurs de l’Oregon State University Higher education of Science ont mis au position un catalyseur à double utilization qui purifie l’eau contaminée par les herbicides tout en produisant de l’hydrogène.
Le projet, qui comprenait des chercheurs de l’OSU College of Engineering et de HP Inc. est essential auto la air pollution de l’eau est un défi mondial majeur et l’hydrogène est un carburant propre et renouvelable.
Les résultats de l’étude, qui a exploré les catalyseurs photoactifs, ont été publiés aujourd’hui dans la revue ACS Catalysis.
“Nous pouvons combiner l’oxydation et la réduction en un seul processus pour obtenir un système photocatalytique efficace”, a déclaré Kyriakos Stylianou d’OSU. “L’oxydation se produit through une réaction de photodégradation et la réduction via une réaction de dégagement d’hydrogène.”
Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans subir elle-même de modification chimique permanente.
Les photocatalyseurs sont des matériaux qui absorbent la lumière pour atteindre un niveau d’énergie as well as élevé et peuvent utiliser cette énergie pour décomposer les contaminants organiques par oxydation. Parmi les nombreuses purposes des photocatalyseurs figurent les revêtements autonettoyants pour les murs, les sols, les plafonds et les meubles résistants aux taches et aux odeurs.
Stylianou, professeur adjoint de chimie, a dirigé l’étude, qui impliquait des photocatalyseurs de dioxyde de titane dérivés d’un cadre organo-métallique, ou MOF.
Constitués d’ions métalliques chargés positivement entourés de molécules de “liaison” organiques, les MOF sont des matériaux cristallins et poreux dotés de propriétés structurelles accordables et de pores nanométriques. Ils peuvent être conçus avec une variété de composants qui déterminent les propriétés du MOF.
Lors de la calcination des MOF – un chauffage élevé sans fusion – des matériaux semi-conducteurs comme le dioxyde de titane peuvent être générés. Le dioxyde de titane est le photocatalyseur le plus couramment utilisé, et on le trouve dans les minéraux anatase, rutile et brookite.
Stylianou et ses collaborateurs, dont Líney Árnadóttir de l’OSU College of Engineering et William Stickle de HP, ont découvert que l’anatase dopée à l’azote et au soufre était le meilleur photocatalyseur “deux oiseaux, une pierre” pour produire simultanément de l’hydrogène et dégrader l’herbicide glyphosate très utilisé.
Le glyphosate, également connu sous le nom de N-phosphonométhyl glycine ou PMG, a été largement pulvérisé sur les champs agricoles au cours des 50 dernières années depuis sa première apparition sur le marché sous le nom commercial Roundup.
“Seul un petit pourcentage de la quantité totale de PMG appliquée est absorbée par les cultures, et le reste atteint l’environnement”, a déclaré Stylianou. “Cela suscite des inquiétudes concernant la lixiviation du PMG dans le sol et les eaux souterraines, et il se doit – l’eau contaminée peut être préjudiciable à la santé de tous les êtres vivants de la planète. Et les herbicides qui s’infiltrent dans les canaux d’eau sont une bring about principale de air pollution de l’eau. ”
Parmi un éventail de composés dans lesquels l’hydrogène se trouve, l’eau est la moreover courante, et la production d’hydrogène en divisant l’eau par photocatalyse est plus propre et plus tough que la méthode conventionnelle de dérivation de l’hydrogène – à partir du gaz naturel by means of un processus de production de dioxyde de carbone connu sous le nom de reformage à la vapeur de méthane.
L’hydrogène sert à de nombreuses fins scientifiques et industrielles en furthermore de ses rôles liés à l’énergie. Il est utilisé dans les piles à combustible pour les voitures, dans la fabrication de nombreux produits chimiques, dont l’ammoniac, dans le raffinage des métaux et dans la manufacturing de plastiques.
“L’eau est une riche supply d’hydrogène, et la photocatalyse est un moyen d’exploiter l’abondante énergie solaire de la Terre pour la generation d’hydrogène et l’assainissement de l’environnement”, a déclaré Stylianou. “Nous montrons que grâce à la photocatalyse, il est probable de produire un carburant renouvelable tout en éliminant les polluants organiques, ou en les convertissant en produits utiles.”
La collaboration qui comprenait l’étudiant diplômé Emmanuel Musa, le chercheur postdoctoral Sumandeep Kaur et les étudiants Trenton Gallagher et Thao Mi Anthony a également testé son photocatalyseur contre l’eau contaminée par deux autres herbicides souvent utilisés, le glufosinate d’ammonium et l’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique. Cela a également fonctionné sur de l’eau qui en contenait – même de l’eau avec ces deux composés as well as PMG.
La recherche a été financée par le département de chimie de l’OSU, le département américain de l’énergie et la Countrywide Science Foundation.