Fluoraren (FA)-Derivate erhalten aufgrund ihrer weit verbreiteten Anwendung in der Synthese von Pharmazeutika, Agrochemikalien und organischen Verbindungen mit besonderen Funktionen immer mehr Aufmerksamkeit. Aufgrund ihrer breiten Anwendung verursachen die in Industrieabwässern eingeleiteten FAs jedoch eine erhebliche Umweltverschmutzung.
Die Toxizität, Persistenz und Bioakkumulation von FAs stellen erhebliche Risiken für Ökosysteme und die menschliche Gesundheit dar. Beispielsweise wird 4-Fluorphenol (4-FP) als typisches FA im Register der toxischen Wirkungen chemischer Substanzen als Karzinogen anerkannt.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Can Li vom Dalian Institute of Chemical Physics der Chinese Academy Sciences hat über einen synchronen Defluorierungs-Oxidationsprozess für den effizienten Abbau von FAs mittels Photoelektrokatalyse (PEC) berichtet. Der Ansatz verband die Photolyse-Defluorierung mit •OH-initiierten Oxidationsprozessen.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Chinesisches Journal für Katalyse
Im Hinblick auf die Verschlechterung von FAs müssen zwei grundlegende Herausforderungen angegangen werden. Erstens die Spaltung von CF-Bindungen, die entscheidend ist, um die Bildung toxischer oder persistenter fluorierter Nebenprodukte zu vermeiden. Zweitens die vollständige Oxidation defluorierter Zwischenprodukte wie aromatischer oder aliphatischer Derivate, die für die Sanierung der aquatischen Umwelt unerlässlich ist. Ein effizienter Prozess zur Eliminierung von FAs muss sowohl eine hohe Defluorierungseffizienz als auch eine hohe Oxidationsaktivität erreichen.
Obwohl viele Anstrengungen unternommen wurden, Abbaumethoden für FAs zu entwickeln, ist die Spaltung von C-F-Bindungen mit elektronenarmen Oxidationsmitteln unter oxidativen Bedingungen aufgrund der hohen Elektronegativität von Fluor ineffizient. Darüber hinaus ist die Anwendung des Reduktions-Defluorierungsverfahrens aufgrund der hohen Kosten und strengen Reaktionsbedingungen, wie z. B. der Notwendigkeit von Katalysatoren auf Edelmetallbasis oder einer inerten Atmosphäre, begrenzt. Daher ist es dringend erforderlich, effiziente und umweltfreundliche Technologien für den vollständigen Abbau von FAs im Abwasser unter milden Bedingungen zu entwickeln.
In ihrer Studie erreichten die Forscher unter milden Bedingungen sowohl eine effiziente Defluorierung als auch eine TOC-Entfernung (beide über 99,9 %). Ihr Artikel beschreibt das Scale-up-Pilotsystem, das sie entwickelt haben, um die umfassende Behandlung von FAs für die praktische Anwendung zu demonstrieren.
Mehr Informationen:
Haibo Chi et al, Ein synchroner Defluorierungs-Oxidationsprozess zur effizienten Mineralisierung von Fluorarenen mittels Photoelektrokatalyse, Chinesisches Journal für Katalyse (2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64559-0