Kim loại nặng là gì? Các công bố khoa học về Kim loại nặng

Một mô hình cấu hình duy nhất chứa các quỹ đạo từ phi đối xứng được phát triển để đại diện cho các đặc điểm quan trọng của trạng thái phản từ của một dimer kim loại chuyển tiếp. Một trạng thái có đối xứng spin hỗn hợp và đối xứng không gian giảm được xây dựng, có giá trị cả về mặt khái niệm lẫn thực tiễn tính toán. Có thể sử dụng lý thuyết Hartree–Fock không bị giới hạn hoặc lý thuyết chức năng mật độ phân cực spin, chẳng hạn như lý thuyết Xα, để tạo ra hàm sóng trạng thái spin hỗn hợp. Hệ quả quan trọng nhất của lý thuyết là hằng số độ đôi xứng Heisenberg J có thể được tính toán đơn giản từ năng lượng của trạng thái spin hỗn hợp và bội thuần spin tinh khiết cao nhất.

Trong thập kỷ qua, đã có những phát triển hấp dẫn trong lĩnh vực pin lithium ion như là các thiết bị lưu trữ năng lượng, dẫn đến việc ứng dụng pin lithium ion trong các lĩnh vực từ thiết bị điện tử cầm tay nhỏ cho đến các hệ thống điện lớn như xe điện hybrid. Tuy nhiên, mật độ năng lượng tối đa của các pin lithium ion hiện nay với hóa học topatactic không đủ để đáp ứng nhu cầu của các thị trường mới trong các lĩnh vực như xe điện. Do đó, các hệ thống điện hóa mới với mật độ năng lượng cao hơn đang được tìm kiếm, và pin kim loại-không khí với hóa học chuyển đổi được coi là một ứng viên triển vọng. Gần đây, hiệu suất điện hóa đầy hứa hẹn đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu đối với pin Li-không khí và pin Zn-không khí. Bài đánh giá này cung cấp một cái nhìn tổng quan về các nguyên lý cơ bản và tiến triển gần đây trong lĩnh vực pin Li-không khí và pin Zn-không khí, nhằm cung cấp cái nhìn sâu hơn về các hệ thống điện hóa mới.

Các ống nano các bon được doping với liti hoặc kali có khả năng hấp thụ ∼20 hoặc ∼14 phần trăm trọng lượng của hydro ở nhiệt độ trung bình (200̐ đến 400°C) hoặc ở nhiệt độ phòng, tương ứng, dưới áp suất thường. Những giá trị này lớn hơn so với hệ thống kim loại hydride và hệ thống hấp phụ lạnh. Hydro lưu trữ trong các ống nano các bon được doping liti hoặc kali có thể được giải phóng ở nhiệt độ cao hơn, và chu trình hấp thụ-giải phóng có thể được lặp lại mà ít giảm khả năng hấp thụ. Khả năng hấp thụ hydro cao của các hệ thống này có thể được phát sinh từ cấu trúc xếp lớp mở đặc biệt của ống nano các bon được làm từ methan, cũng như tác dụng xúc tác của kim loại kiềm.

Các vật liệu điện cực hiệu suất cao là chìa khóa cho những tiến bộ trong các lĩnh vực chuyển đổi và lưu trữ năng lượng (ví dụ, pin nhiên liệu và pin). Trong bài tổng quan này, những tiến bộ gần đây trong việc tổng hợp và ứng dụng điện hóa của các carbua kim loại chuyển tiếp (TMCs) và nitrida (TMNs) cho lưu trữ và chuyển đổi năng lượng được tổng hợp. Các đặc tính điện hóa của chúng trong pin Li-ion và Na-ion cũng như trong siêu tụ điện và các phản ứng điện xúc tác (phản ứng giải phóng oxy và khử, và phản ứng giải phóng hydro) được thảo luận liên quan đến cấu trúc tinh thể/hình thái/thành phần của chúng. Những lợi ích và ưu điểm của việc cấu trúc nano (ví dụ, MXenes 2D) được nhấn mạnh. Triển vọng của các xu hướng nghiên cứu trong tương lai trong thiết kế hợp lý các điện cực TMCs và TMNs hiệu suất cao được cung cấp ở phần cuối.

Việc sử dụng các chất xúc tác có nguồn gốc từ palladium trong tổng hợp hóa chất tinh chế, các trung gian dược phẩm và thành phần dược phẩm hoạt động (APIs) đã trở nên khá phổ biến trong vài thập kỷ qua. Số lượng các phản ứng tổng hợp được xúc tác bằng palladium (cả không đối xứng và có đối xứng) hiện có đã tạo ra khả năng tiếp cận các cấu trúc phức tạp hơn với ít bước hơn và ít chất thải hơn, nhờ vào bản chất xúc tác của nhiều phương pháp. Một tác dụng phụ không mong muốn của việc sử dụng palladium là khả năng tồn tại các tạp chất chứa palladium trong hợp chất mong muốn sau khi tách chiết. Đây là một vấn đề đặc biệt quan trọng đối với ngành công nghiệp dược phẩm do có giới hạn thấp đối với các tạp chất kim loại nặng cho phép trong chất thuốc. Do đó, nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ tạp chất palladium khỏi các hợp chất hữu cơ có liên quan dược phẩm đã được phát triển. Bài đánh giá này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về các phương pháp đã công bố nhưng không nhằm mục đích tổng hợp tất cả tài liệu đã công bố trong lĩnh vực nghiên cứu này.

Một thí nghiệm trong chậu được thực hiện để so sánh hai chiến lược xử lý ô nhiễm bằng thực vật: tích tụ tự nhiên sử dụng thực vật siêu tích tụ Zn và Cd là Thlaspi caerulescens J. Presl & C. Presl so với chiết xuất cải tiến hóa học sử dụng ngô (Zea mays L.) được xử lý bằng axit ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Nghiên cứu sử dụng đất bị ô nhiễm công nghiệp và đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại từ bùn thải. Ba vụ mùa của T. caerulescens trồng trong vòng 391 ngày đã loại bỏ hơn 8 mg kg⁻¹ Cd và 200 mg kg⁻¹ Zn từ đất bị ô nhiễm công nghiệp, tương đương 43% và 7% các kim loại trong đất. Ngược lại, nồng độ Cu cao trong đất nông nghiệp đã làm giảm nghiêm trọng sự phát triển của T. caerulescens, do đó hạn chế tiềm năng chiết xuất của nó. Quá trình xử lý bằng EDTA đã tăng đáng kể tính hòa tan của kim loại nặng trong cả hai loại đất, nhưng không dẫn đến tăng lớn hàm lượng kim loại trong chồi ngô. Chiết xuất Cd và Zn bằng ngô + EDTA nhỏ hơn nhiều so với T. caerulescens từ đất bị ô nhiễm công nghiệp, và nhỏ hơn (Cd) hoặc tương tự (Zn) so với đất nông nghiệp. Sau khi xử lý bằng EDTA, kim loại nặng hòa tan trong nước lỗ chân lông của đất chủ yếu tồn tại dưới dạng phức hợp EDTA-kim loại, duy trì trong vài tuần. Hàm lượng cao của kim loại nặng trong nước lỗ chân lông sau quá trình xử lý EDTA có thể gây nguy cơ môi trường dưới dạng ô nhiễm nước ngầm.

Tại một sediment bị ô nhiễm từ cảng Hamburg, nghiên cứu về quá trình sản xuất axit, sự di động của Cu, Zn, Pb và Cd dưới các điều kiện redox- và pH khác nhau, cũng như sự chuyển giao và thay đổi các kim loại gắn liền với hạt. Trong quá trình oxy hóa, giá trị pH trong huyền phù sediment giảm từ khoảng 7 xuống 3,4 do khả năng trung hòa axit thấp (ANC). Điều này dẫn đến sự di động của các kim loại nặng trong đó Cd và Zn khác biệt với Cu và Pb bị giải phóng mạnh mẽ. Cũng có sự thay đổi về các dạng kết hợp kim loại nặng đặc trưng trong pha hạt. Nói chung, các phân đoạn dễ dàng và vừa phải có thể khử tăng lên trong quá trình oxy hóa trong khi phân đoạn sulfid giảm. Cũng có những thay đổi lớn được tìm thấy đối với nồng độ Zn và Cd hòa tan, mà tăng liên tục. Các kết quả cho thấy rằng dưới cùng một giá trị pH, rõ ràng nhiều kim loại bị di động hơn trong sediment đã được oxy hóa so với trạng thái khử. Nhưng mặc dù giá trị pH là yếu tố chính - đặc biệt nếu nó giảm xuống dưới 4,5 - các điều kiện redox cũng có thể kiểm soát sự di động của một số kim loại nhất định. Do đó, ngay cả trong các sediment đã được đệm tốt, sự di động của kim loại trong quá trình oxy hóa cũng không thể bị loại trừ.

Tóm tắt. Tốc độ tiêu thụ dithiothreitol (DTT) ngày càng được sử dụng rộng rãi để đo khả năng oxy hóa của các hạt bụi (PM), một yếu tố đã được liên kết với các ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe. Trong khi một số quinone đã được biết đến là rất phản ứng trong phép thử DTT, vẫn chưa rõ các loại hóa chất nào khác có thể góp phần làm giảm DTT trong các chiết xuất từ PM. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi định lượng tốc độ hao hụt DTT từ các loại chất có khả năng oxy hóa riêng lẻ thường có trong bụi môi trường. Mặc dù nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng phép thử DTT không nhạy với kim loại, kết quả của chúng tôi cho thấy bảy trong số mười kim loại chuyển tiếp được thử nghiệm có khả năng oxy hóa DTT, cũng như ba trong số năm quinone được thử nghiệm. Mặc dù kim loại có hiệu suất oxy hóa DTT thấp hơn so với các quinone phản ứng mạnh nhất, nhưng nồng độ kim loại chuyển tiếp hòa tan trong bụi mịn thường cao hơn nhiều so với nồng độ quinone. Kết quả cuối cùng là kim loại dường như chiếm ưu thế trong phản ứng DTT đối với các mẫu PM2.5 môi trường điển hình. Dựa vào nồng độ các quinone và kim loại hòa tan từ tài liệu và phản ứng DTT được đo cho các chất này, chúng tôi ước tính rằng đối với các mẫu PM2.5 điển hình, khoảng 80% hao hụt DTT là do kim loại chuyển tiếp (đặc biệt là đồng và mangan), trong khi các quinone chiếm khoảng 20%. Chúng tôi tìm thấy kết quả tương tự cho sự hao hụt DTT được đo trong một tập nhỏ các mẫu PM2.5 từ Thung lũng San Joaquin của California. Vì đóng góp quan trọng từ kim loại, chúng tôi cũng đã thử nghiệm cách phản ứng DTT bị ảnh hưởng bởi EDTA, một chất che phủ đôi khi được sử dụng trong phép thử. EDTA ức chế đáng kể phản ứng từ cả kim loại và quinone; do đó, chúng tôi khuyến nghị không nên bao gồm EDTA trong phép thử DTT.