O sistema catalítico assistido por supercapacitores tira a fluorina de PTFE e PFAs a baixas temperaturas

A analysis workforce led by Prof. Kang Yanbiao from the College of Science and Know-how of China (USTC) of the Chinese language Academy of Sciences (CAS) has developed a supercapacitor (SC)-assisted electrophotocatalysis for the environment friendly defluorination of the polytetrafluoroethylene (PTFE) and poly- and perfluoroalkyl substances (PFAS) at low temperatures.

Eles incorporaram a força da energia eletroquímica e fotoquímica, proporcionando mais possibilidades de resolver problemas ambientais causados ​​por PTFE e PFAs. O estudo é publicado em Edição Internacional de Angewandte Chemie.

O PTFE é amplamente utilizado em vários campos devido às suas excelentes estabilidades térmicas e químicas. No entanto, sua alta estabilidade também dificulta a degradação e a reciclagem. Geralmente, métodos de consumo de alta energia, como rachaduras térmicas, são usadas para tratar o PTFE, enquanto a degradação da defluorinação em condições de baixa temperatura requer o uso de fortes agentes redutores, como metais alcalinos líquidos.

A fotocatálise pode compensar as deficiências dos métodos tradicionais em condições leves, no entanto, a taxa de defluorinação de PTFE é inferior a 5%.

A equipe do Prof. Kang sempre se dedicou à pesquisa sobre a ativação e clivagem de títulos inertes de carbono-heteracômico. Com base nesta pesquisa, eles desenvolveram um sistema fotocatalítico altamente eficiente, baseado em estruturas de carbazol retorcidas.

O CBZ6, como fotceante, graças à sua estrutura torcida, possui excelentes recursos de transferência de elétrons únicos, alcançando assim a clivagem e a transformação de ligações inertes de heter-heteroátomo em moléculas estáveis, como o PTFE.

No entanto, nesse processo, devido à natureza hidrofóbica e oleofóbica do PTFE, juntamente com sua insolubilidade em quase todos solventes orgânicos e alto uso, o sistema de reação tornou-se um sistema de reação multifásico misturado com vários sólidos e líquidos.

Para reflexões, muitos sólidos insolúveis reduziram a permeabilidade da luz, o que levou a requisitos extremamente altos para o fonte de luz e grau de dispersão do sistema. Embora essa situação fosse desfavorável para realizar reações em larga escala.

Para resolver as questões acima, a equipe de pesquisa desenvolveu um sistema de eletrofotocatálise, assistido pelo SCS. Eles usaram métodos eletroquímicos para gerar espécies cataliticamente ativas, substituindo os agentes redutores mal solúveis em reações fotocatalíticas.

Por injeção efetiva de elétrons na ligação carbono -fluorina do PTFE, a defluorinação de redução do PTFE foi estabelecida em condições leves, com a ajuda dos efeitos sinérgicos da fotoquímica e da eletroquímica.

O sistema catalítico da eletro-fotoredução evitou efetivamente o uso excessivo de co-redutores no sistema de redução fotocatalítica independente. Além disso, a escala da reação foi expandida ainda mais do nível de miligrama para o nível de grama.

Ao mesmo tempo, esse sistema catalítico também mostra boa aplicabilidade à defluorinação de outras pequenas moléculas contendo PFAs.

Além disso, os supercapacitores têm velocidade de carregamento rápida, alta eficiência de trabalho, alta relação de energia, resistência à temperatura ultra-alta e vida útil do ciclo longo. Portanto, eles podem ser usados ​​ao ar livre com a luz photo voltaic como fonte de energia luminosa para alcançar a reação de defluorinação do PTFE.

Neste estudo, vários métodos de teste, incluindo espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e transformação de Fourier Espectroscopia infravermelha foram empregados para caracterizar os produtos sólidos da defluorinação por PTFE.

Assim, os pesquisadores confirmaram que havia estruturas alifáticas, estruturas aromáticas e grupos funcionais contendo oxigênio nesses produtos. Além disso, eles também possuem estruturas regulares de carbono (Raman G Peak) e estruturas irregulares de carbono (Raman D Peak).

Este estudo fornece uma nova perspectiva para resolver problemas ambientais causados ​​pela dura degradação de PTFE e PFAs.