Projekt

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Activating redox transformations through the controlled electrochemical dissolution of iron (0)

Titel Englisch Activating redox transformations through the controlled electrochemical dissolution of iron (0)
Gesuchsteller/in Pena Jasquelin
Nummer 169555
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut des dynamiques de la surface terrestre Université de Lausanne
Hochschule Universität Lausanne - LA
Hauptdisziplin Geochemie
Beginn/Ende 01.09.2017 - 31.08.2019
Bewilligter Betrag 256'219.00
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Alle Disziplinen (4)

Disziplin
Geochemie
Andere Gebiete der Umweltwissenschaften
Mineralogie
Andere Gebiete der Erdwissenschaften

Keywords (10)

iron ; environmental biogeochemistry; transient reactive intermediates; redox chemistry; spectroscopy; manganese; arsenic; contaminant oxidation; water treatment; Fenton chemistry

Lay Summary (Französisch)

Lead
L'oxydation du fer (II) par l’oxygène et le peroxyde d’hydrogène mène à la production d’espèces intermédiaires instables qui sont de très forts oxydants. Ces intermédiaires instables (réactifs de Fenton) sont actuellement utilisées pour l'oxydation spécifique de polluants comme l'arsenic (III), l'antimoine (III), et les polluants organiques. Des études récentes indiquent que le manganèse (II) est également sensible à l'oxydation par ces produits intermédiaires. L'oxydation du manganèse par les réactifs de Fenton a de lourdes conséquences sur les processus d’oxydoréduction en milieux aquatiques et peut être utilisée pour développer des techniques de traitement de l'eau.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

Le but de ce projet est d'étudier l'oxydation du manganèse (II) par des intermédiaires instables produits à partir de l'oxydation du fer (II) par l’oxygène et le peroxyde d’hydrogène. Grâce à des analyses chimiques et spectroscopiques, nous allons aborder trois objectifs: 1) identifier les contrôles chimiques et le mécanisme de l'oxydation du manganèse par des réactifs Fenton; 2) quantifier la concurrence entre manganèse (II), fer (II) et arsenic (III) pour les oxydants; et 3) tester si la modification du manganèse (II) dans les systèmes de type Fenton peut catalyser la transformation des autres polluants.  Nous proposons d’effectuer ces travaux de recherche en utilisant une cellule d’électrocoagulation de fer (0) qui présente deux avantages majeurs pour l'élimination des contaminants : une source contrôlable pour la production d’oxydants forts et 2) la précipitation in situ de nanoparticules d‘oxydes de fer(III) qui peuvent séquestrer les polluant oxydés.

 

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Cette recherche générera des informations essentielles en ce qui concerne les liens entre la chimie environnementale du fer et du manganèse avec des implications pour la qualité de l'eau. De plus, les résultats permettront le développement de techniques de traitement de l'eau via élimination de polluants, incluant le manganèse et l’arsenic.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 10.10.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
162825 Rates and mechanisms of water and organic carbon oxidation coupled to MnO2 photoreduction 01.12.2015 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

Reactive intermediate oxidants formed via the oxidation of Fe(II) by O2 and H2O2 (Fenton-type products) are critical players in the oxidation of chemical species including As(III), Sb(III), organic pollutants, and soil organic matter. Recent studies provide indirect evidence that Mn(II) is also susceptible to homogeneous oxidation by reactive intermediates produced in Fenton-type systems. This process has important implications for the coupled environmental chemistry of critical redox-active elements, including iron, manganese, and arsenic and may drive significant advances in water treatment technologies. However, the oxidation of Mn(II) by transient reactive intermediates produced from the oxidation of Fe(II) by O2 and H2O2 has not been investigated. The main hypothesis driving this research is that Mn(II) can compete with Fe(II) for the reactive intermediates formed during Fe(II) oxidation by O2/H2O2. Furthermore, compared to Fenton-product generation by Fe(II) salts or Fe(0) particles, the controlled electrolytic dissolution of Fe(0) in an electrochemical cell provides 1) a tunable source of reactive oxidants that can oxidize target compounds and 2) the in situ production of nanoscale Fe(III) precipitates that can sequester oxidized target compounds. Therefore, we propose to use an Fe(0) electrochemical coagulation cell as a redox-boundary to control the production of Fe(II) and reactive oxidant species in order to: 1) identify the chemical controls and mechanism of Mn(II) oxidation by Fenton-produced oxidants; 2) quantify the competition between Mn(II) and targeted redox active species for reactive oxidants; and 3) investigate whether the amendment of Mn(II) in Fenton-type systems can catalyze the transformation of contaminants that are otherwise unreactive in Fenton-type systems. This project will generate fundamental knowledge of kinetically-constrained redox transformations that can be activated by the controlled electrochemical dissolution of Fe(0). The results from this research will enable science-based development of water treatment technologies that rely on electrocoagulation and/or the use of Mn(III,IV)/Fe(III)-based sorbent materials. For example, this work has the potential to develop a cost-effective Mn removal technology, an area where research is needed due to the growing concerns over the neurological symptoms associated with Mn(II) exposure via drinking water. In addition, this work will clarify the extent to which Mn(II) influences As remediation schemes that are based on oxidation of As(III) to As(V) by Fenton-type products before the adsorption to Fe(III) precipitates. In addition, the kinetic model that we plan to develop will serve as a tool to evaluate the competition of multiple redox-active species for the limited pool of Fenton-products generated in Fe(0) EC and determine optimum conditions for contaminant oxidation in Fe(0) EC. Finally, this research will establish how transient reactive intermediates couple the Fe, Mn and As cycles, which has implications in both natural and engineered systems.
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