Fe-Einzelatomkatalysatoren für die Schadstoffbekämpfung

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Upcycling von Biomasseabfällen

Durch Schwermetalle kontaminierte Pflanzen und der Missbrauch von Antibiotika behindern die nachhaltige Entwicklung der Menschheit, da sie sich direkt auf die Ernährungssicherheit und die Sicherheit des Trinkwassers auswirken. Beide Schadstoffe sind umweltbeständig und giftig und können langfristig negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die ökologische Umwelt haben. Die zunehmende Besorgnis über die angesprochenen Probleme hat die Suche von Forschern im Dalian Institute of Chemical Physics nach einer nachhaltigen, umweltfreundlicheren Lösung gefördert. Und zu Untersuchungsergebnissen geführt, die am 10.03.2022 im Journal of Energy Chemistry veröffentlicht wurden sind.

Trinkwasser – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

Die Nutzung von Schwermetallverunreinigungen für den katalytischen Abbau von Antibiotika ist eine besonders vielversprechende Strategie für die konzeptionelle Verarbeitung beider Verunreinigungen. Fe-Einzelatome, die in einem hierarchischen porösen Kohlenstoffgerüst eingeschlossen sind, wurden erfolgreich aus Fe-kontaminierten Biomasseabfällen von Farnen für die effiziente photokatalytische Entfernung von sechs typischen Antibiotika hergestellt.

Kürzlich haben Prof. Kai Yan von der Sun Yat-Sen University und Wenhao Luo vom Dalian Institute of Chemical Physics eine nachhaltige Methode zur Förderung der nachhaltigen Nutzung von Biomasseabfällen für die effiziente Beseitigung von Antibiotika-Verunreinigungen entwickelt. Diese Arbeit zeigt, dass die Nutzung von Fe-kontaminierten Biomasseabfällen aus Farnen eine attraktive und einfache Strategie für die Synthese hochaktiver und stabiler Einzelatomkatalysatoren darstellt und unter anderem für die Schadstoffkontrolle relevant ist.

Neuer Weg für effiziente und nachhaltige Nutzung von Biomasseabfällen 

Schwermetall- und Antibiotikakontaminationen in Wasser, Boden und Nahrungsketten können der Gesundheit und dem gesamten Ökosystem schaden. Die Forscher haben durch Eisenminen verunreinigte Biomasseabfälle von Farnen erfolgreich zur Herstellung der ersten hochleistungsfähigen Klasse von Fe-Einzelatom-Katalysatoren (FeSAC) durch eine einfache Pyrolyse verwendet. Auf der Grundlage einer fortgeschrittenen Charakterisierung wurde für das FeSAC-800 eine gut definierte Struktur von in porösem Kohlenstoff eingeschlossenem FeN4 entwickelt. Der Photoabbaus erfolgt über einen Fenton-ähnlichen Oxidationsprozess, wobei reaktive Sauerstoffspezies eine Schlüsselrolle spielen. Diese Erkenntnisse eröffnen einen neuen Weg für die effiziente und nachhaltige Nutzung von Biomasseabfällen bei der Schadstoffbekämpfung.

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