Die Agrarindustrie produziert weltweit eine beträchtliche Menge an Nahrungsmitteln, doch jedes Jahr wird ein Drittel der produzierten festen Nahrungsmittel verschwendet, was zu negativen Auswirkungen auf die Umwelt und Treibhausgasemissionen führt. Um dieses Problem anzugehen, konzentrierten sich die Forscher darauf, landwirtschaftliche Abfälle, insbesondere Ananasschalen, durch mikrowellenunterstützte Pyrolysebehandlung in wertvolle kohlenstoffnegative Pflanzenkohle umzuwandeln.
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Abfallentsorgung und nachhaltige EnergieForscher der James Cook University haben erfolgreich einen leistungsstarken elektrochemischen Sensor entwickelt, der ZnCl2-aktivierte Biokohle verwendet, die aus Ananasschalenabfällen gewonnen wird. Die Studie unterstreicht das Potenzial der Umwandlung landwirtschaftlicher Abfälle in wertvolle Ressourcen für ökologische und wirtschaftliche Nachhaltigkeit.
ZnCl2 ist ein chemischer Wirkstoff, der seine elektrokatalytische Aktivität verstärkt. Die aktivierte Biokohle wies eine große Oberfläche, Mikroporenstruktur und sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen auf, die für elektrochemische Sensoranwendungen von entscheidender Bedeutung sind. Die Forscher brachten die aktivierte Pflanzenkohle durch Tropfengießen auf eine Glaskohlenstoffelektrode (GCE) auf.
Die elektrochemischen Eigenschaften des ZnCl2-aktivierten, mit Pflanzenkohle modifizierten GCE wurden mithilfe verschiedener Techniken charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Verringerung des Ladungsübertragungswiderstands, was auf eine verbesserte Elektronenübertragungskinetik hinweist. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie ergab eine 61-prozentige Verringerung des Ladungsübertragungswiderstands im Vergleich zum bloßen GCE.
Darüber hinaus zeigte der Sensor eine hervorragende Empfindlichkeit mit einer Nachweisgrenze von 0,97 µmol L−1 für Nitrit. Es zeigte eine hohe Selektivität, Reproduzierbarkeit (RSD=2,4 %) und Stabilität (RSD=2,6 %) über zehn Tage Lagerung. Die Leistung des Sensors war mit der Leistung bestehender elektrochemischer Sensoren, über die in der Literatur berichtet wird, vergleichbar oder sogar besser.
Dieser innovative Ansatz zur Nutzung von Ananasschalenabfällen bietet eine nachhaltige Lösung zur Ressourcenrückgewinnung und Abfallreduzierung. Die Umwandlung landwirtschaftlicher Abfälle in hochwertige Biokohle durch mikrowellenunterstützte Pyrolyse und anschließende chemische Aktivierung bietet ein vielseitiges Material für verschiedene Anwendungen, insbesondere in der elektrochemischen Sensorik.
Die Forscher stellen sich zukünftige Anwendungen von ZnCl2-aktivierter Pflanzenkohle in der Umweltüberwachung, Lebensmittelqualitätskontrolle und medizinischen Diagnostik vor. Die einzigartigen Eigenschaften des Materials, wie seine große Oberfläche, Mikroporenstruktur und elektrokatalytische Aktivität, machen es gut geeignet für den Nachweis und die Analyse verschiedener Analyten, die in diesen Bereichen von Interesse sind.
Diese Studie stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft dar und eröffnet neue Möglichkeiten für die Abfallverwertung und Ressourcenrückgewinnung und bringt uns einer nachhaltigeren und effizienteren Zukunft näher.
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Scarlett Allende et al., Nitritsensor unter Verwendung aktivierter Biokohle, synthetisiert durch mikrowellenunterstützte Pyrolyse, Abfallentsorgung und nachhaltige Energie (2023). DOI: 10.1007/s42768-022-00120-4