鉄コンディショニング廃活性汚泥からの配位制御単一原子進化による低炭素フェントン様水浄化

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Demonstrates a scalable synthesis route for single-atom catalysts using waste sludge, with coordinated tuning of active sites.

🏢実務担当者:Potential for cost-effective and low-carbon wastewater treatment for factories with sludge generation.

🏛政策担当者:Highlights a path to valorize waste sludge into high-value catalysts, supporting circular economy policies.

抄録 単原子触媒（SACs）の設計は、原子レベルの配位制御と物質輸送およびスケーラブルな合成を統合できないことに依然として制約されている。本稿では、スケーラブルなプラットフォーム内で配位調節と階層的アクセシビリティを結合する自己テンプレート不均一マトリックスを開発することにより、この課題に取り組む。鉄調整廃活性汚泥（WAS）を前駆体として用い、多孔性ナノ閉じ込めFe系SACsを構築した。本システムは、鉄調整用量に対する触媒活性の火山型依存性を示し、単原子担持閾値（∼0.8 wt.% Fe、乾燥WAS 1 g当たり1 mg Feに相当）でピーク性能に達する。相関XAS/EXAFSおよびDFT解析により、Fe-N 3 O 1 が支配的な配位環境であり、スピン状態を調節しdバンド中心を下方シフトさせ、それにより脱プロトン支援 * O– * O開裂と 1 O 2 生成（∼95%選択性）を促進することが特定された。電子豊富な汚染物質の広スペクトル除去が達成され、カラムスケールアップ適用において複雑なマトリックス下でも持続した（120時間反応で90%を維持）。システムレベルのLCAおよびTEAにより、ZIF由来Fe‐SACsベースラインと比較して、クレードルからゲートまでの環境影響が著しく低く、運転コストが40倍削減されることが確認された。本研究は、SAC設計のための一般化可能なフレームワークを確立し、鉄調整廃活性汚泥を高価値触媒へ変換する「プラント内循環触媒」パラダイムを定義し、効率的かつ環境に優しいフェントン様廃水浄化への持続可能な経路を描くものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

ABSTRACT Single‐atom catalysts (SACs) design remains constrained by the inability to integrate atomic‐level coordination control with mass transport and scalable synthesis. Herein, we address this challenge by developing a self‐templated heterogeneous matrix that couples coordination regulation with hierarchical accessibility within a scalable platform. Using iron‐conditioned waste‐activated sludge (WAS) as a precursor, porously nanoconfined Fe‐based SACs is constructed. The system exhibits a volcano‐type dependence of catalytic activity on iron‐conditioning dosage, with peak performance at the single‐atom loading threshold (∼0.8 wt.% Fe, corresponding to 1 mg Fe per g dry WAS). Correlative XAS/EXAFS and DFT analysis pinpoint Fe‐N 3 O 1 as the prevailing coordination environment that modulates spin states and downshifts the d‐band center, thereby facilitating deprotonation‐assisted * O– * O scission and 1 O 2 ‐formation (∼95% selectivity). Broad‐spectrum abatement of electron‐rich pollutants was achieved that persists under complex matrices in column‐scale‐up application (remain 90% over 120 h reaction). System‐level LCA and TEA confirm markedly lower cradle‐to‐gate environmental impacts and a 40‐fold reduction in operating costs relative to ZIF‐derived Fe‐SACs baselines. This work establishes a generalizable framework for SAC design and defines an “in‐plant circular catalysis” paradigm for transforming iron‐conditioned waste‐activated sludge into high‐value catalysts, charting a sustainable route toward efficient and environmentally benign Fenton‐like wastewater purification.

• openalex https://doi.org/10.1002/adfm.77264first seen 2026-07-24 05:45:19