Valorizzazione del speso doppio sostituito Co

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19354 (2022) Citare questo articolo

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Trovare materiali elettrocatalizzatori adatti e non costosi per l'ossidazione del metanolo è una sfida significativa. La valorizzazione dei nanoadsorbenti delle acque reflue esaurite è un percorso promettente verso il raggiungimento delle linee guida sull’economia circolare. In questo studio, il residuo del doppio idrossido stratificato (LDH) può essere utilizzato come elettrocatalizzatore nelle celle a combustibile a metanolo diretto come un nuovo approccio. Il Co–Ni–Zn–Fe LDH è stato preparato mediante il metodo della co-precipitazione seguito dall'adsorbimento di metilarancio (MO). Inoltre, l'adsorbente esaurito è stato calcinato a diverse temperature (200, 400 e 600 °C) per essere convertito nei corrispondenti ossidi metallici misti (MMO). I campioni preparati sono stati caratterizzati utilizzando misurazioni XRD, FTIR, HRTEM, potenziale zeta e dimensioni idrodinamiche. L'adsorbente esaurito è stato testato come elettrocatalizzatore per l'elettroossidazione diretta del metanolo. L'adsorbente LDH/MO esaurito ha mostrato una densità di corrente massima di 6,66 mA/cm2 a una velocità di scansione di 50 mV/s e una concentrazione di metanolo di 1 M. L'adsorbente MMO/MO esaurito ha mostrato una densità di corrente massima di 8,40 mA/cm2 a una temperatura di calcinazione di 200 °C, una velocità di scansione di 50 mV/s e una concentrazione di metanolo di 3 M. Entrambi i campioni mostrano una ragionevole stabilità nel tempo, come indicato dalla risposta cronoamperometrica. Un’ulteriore nanoingegnerizzazione dei nanoadsorbenti usati potrebbe rappresentare un percorso promettente per riutilizzare questi rifiuti come catalizzatori di elettroossidazione.

Produrre energia in modo pulito e sostenibile è una delle maggiori sfide mondiali. Le celle a combustibile hanno attirato molta attenzione per la produzione di energia rispetto ad altri dispositivi standard di stoccaggio dell'energia a causa delle loro caratteristiche uniche come il basso costo, le basse emissioni, l'inquinamento da smog, l'innovazione e la struttura semplice1. Le tecnologie delle celle a combustibile rappresentano un metodo pulito per produrre energia elettrica dall'energia chimica immagazzinata con un'elevata efficienza di conversione diretta e un basso inquinamento ambientale2. Le celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) sono promettenti fonti di energia per applicazioni quali veicoli elettrici e dispositivi elettronici portatili. Bassa temperatura operativa, facilità di trasporto e stoccaggio del carburante, elevata efficienza energetica e avvio rapido sono solo alcuni dei vantaggi del metanolo come carburante3. Il platino è il catalizzatore anodico DMFC più comunemente utilizzato perché ha un'eccellente attività elettrocatalitica per il metanolo e stabilità a lungo termine in una soluzione elettrolitica. Tuttavia, il platino è costoso e viene rapidamente avvelenato dalla CO o da altri intermedi carboniosi, con conseguente diminuzione delle prestazioni elettrocatalitiche4,5.

A causa del loro elevato rapporto area superficiale/volume, della struttura insolita e delle interessanti caratteristiche fisico-chimiche, i nanomateriali sono interessanti nello studio dell'elettrochimica6. È stato sintetizzato un numero significativo di materiali 2D atomicamente sottili, tra cui calcogenuri metallici, fosforene, nitruro di boro e doppi idrossidi stratificati (LDH)7. Gli LDH sono costituiti principalmente da strati di idrossido metallico simili a brucite caricati positivamente separati da anioni idratati intercalanti debolmente legati, che sono comunemente indicati come [M(1−x)2+M(x)3+(OH)2]x+[An −]x/n·mH2O, dove M2+ e M3+ sono rispettivamente cationi metallici bivalenti e trivalenti e An− è l'anione di bilanciamento della carica8. Il residuo di LDH può essere utilizzato come elettrocatalizzatore nelle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) come un nuovo approccio9. La valorizzazione dei rifiuti è stata riconosciuta come uno dei percorsi ottimali per raggiungere e attuare le strategie e le fasi di un’economia circolare10. La valorizzazione dei rifiuti offre un approccio sostenibile per mitigare gli impatti ambientali negativi dei rifiuti urbani e industriali11. Una delle fonti più impegnative di rifiuti industriali sono i nanoadsorbenti esauriti saturi di vari tipi di inquinanti. La principale fonte di inquinamento delle acque sono i coloranti organici rilasciati dai rifiuti industriali, estremamente nocivi per la loro natura cancerogena12. Sono stati sviluppati diversi metodi per rimuovere gli inquinanti biologici e idrici dall'ambiente e dalle acque reflue domestiche13. Esplorare nuove strade per riutilizzare gli adsorbenti esausti è un compito persistente e impegnativo che richiede uno sforzo considerevole per essere affrontato. Rial et al.14. Recentemente ha esaminato gli approcci riportati per la valorizzazione degli adsorbenti delle acque reflue esaurite. Tali approcci includono il loro riciclaggio come catalizzatori per la sintesi chimica, la loro riapplicazione come ulteriori adsorbenti per altri inquinanti, il loro utilizzo come riempitivi cementizi e/o il loro utilizzo in alcune varie applicazioni industriali14.