Abstrakt
Catalysis is very important process in industry and laboratory practice, especially from the point of green chemistry principles. However, eco-friendly character of heterogeneous catalysts, containing transition metal components has not been evaluated, yet. Therefore, we perform a comprehensive assessment of 18 heterogeneous metal catalysts (Pd, Pt, V, Co, Ni, Mo, Ru, Mn, Au, Cu, Cd, Zr, Fe, Rh, Ir, Sn, Zn, Ag) using multicriteria decision analysis approach. The ranking of alternatives according to relevant criteria like toxicity of pure metals and metal salts towards fish and Daphnia magna, algae/plants, metal toxicity towards rats via ingestion, carcinogenicity, the endangerment degree of metals, boiling point and energy for atom detachment, estimated as metal-metal bond strength in diatomic transition metal units, classification of elemental impurities according to International Conference on Harmonization (ICH)and their degree of importance is presented. Life cycle assessment (LCA) related parameters of metals have been also included. The assessment showed ruthenium, iron and molybdenum as the most favourable alternatives, in contrary to nickel, cobalt and rhodium. Results of environmental evaluation strictly depend on chosen scenario of assessment, in terms of toxicity, endangered elements or LCA. Sensitivity analyses towards variations in input data and applied weights, prove that results are reliable. Multicriteria decision analysis can be successfully applied in metal catalysts evaluation for particular case studies of different reactions.
Cytowania
-
3 2
CrossRef
-
0
Web of Science
-
3 1
Scopus
Autorzy (3)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- Copyright (2019 American Chemical Society)
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
ACS Sustainable Chemistry & Engineering
nr 7,
strony 18434 - 18443,
ISSN: 2168-0485 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2019
- Opis bibliograficzny:
- Bystrzanowska M., Petkov P., Tobiszewski M.: Ranking of Heterogeneous Catalysts Metals by Their Greenness// ACS Sustainable Chemistry & Engineering -Vol. 7,iss. 22 (2019), s.18434-18443
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1021/acssuschemeng.9b04230
- Bibliografia: test
-
- Collins, T. J.; Gordon-Wylie, S. W.; Bartos, M. J.; Horwitz, C. P.; Woomer, C. G.; Williams, S. A.; Patterson, R. E.; Vuocolo, L. D.; Paterno, S. A.; Strazisar, S. A.; Peraino, D. K. Green chemistry: Macmillan encyclopedia of chemistry, 1997, 2, 691-697. otwiera się w nowej karcie
- Anastas, P. T.; Warner, J. C. Theory and Practice. In Green Chemistry; Oxford University Press: New York, 1998 otwiera się w nowej karcie
- Anastas, P. T.; Warner, J. C. Principles of green chemistry. Green chemistry: Theory and practice, 1998, 29- 56. otwiera się w nowej karcie
- Farnetti, E.; Di Monte, R.; Kašpar, J. Homogeneous and heterogeneous catalysis. Inorg. Bioinorg. Chem., 2009, 2, 50.
- Vedrine, J. C. Fundamentals of heterogeneous catalysis. In Metal Oxides in Heterogeneous Catalysis; otwiera się w nowej karcie
- Verdine, J.C, Ed.; Elsevier Metal Oxide Series: Cambridge, 2018; pp 1-42 otwiera się w nowej karcie
- Anastas, P. T.; Bartlett, L. B.; Kirchhoff, M. M.; Williamson, T. C. The role of catalysis in the design, development, and implementation of green chemistry. Catal. Today, 2000, 55(1-2), 11-22, DOI 10.1016/S0920 otwiera się w nowej karcie
- Centi, G.; Perathoner, S. Catalysis and sustainable (green) chemistry. Catal. Today, 2003, 77(4), 287-297, DOI 10.1016/S0920-5861(02)00374-7. otwiera się w nowej karcie
- Bystrzanowska, M.; Pena-Pereira, F.; Marcinkowski, Ł.; Tobiszewski, M. How green are ionic liquids?-A multicriteria decision analysis approach. Ecotoxicol. Environ. Saf., 2019, 174, 455-458, DOI 10.1016/j.ecoenv.2019.03.014. otwiera się w nowej karcie
- Nuss, P., Eckelman, M. J. Life cycle assessment of metals: a scientific synthesis. PLoS One, 2014, 9(7), 1-12, DOI 10.1371/journal.pone.0101298. otwiera się w nowej karcie
- Tobiszewski, M.; Namieśnik, J.; Pena-Pereira, F. A derivatisation agent selection guide. Green Chem., 2017, 19(24), 5911-5922, DOI 10.1039/C7GC03108D. otwiera się w nowej karcie
- Chen, M.; Chen, S.; Du, M.; Tang, S.; Chen, M.; Wang, W.; Yang, H.; Qiaoyu, C.; Chen, J. Toxic effect of palladium on embryonic development of zebrafish. Aquat. Toxicol., 2015, 159, 208-216, DOI 10.1016/j.aquatox.2014.12.015. otwiera się w nowej karcie
- Kovrižnych, J. A.; Sotníková, R.; Zeljenková, D.; Rollerová, E.; Szabová, E.; Wimmerová, S. Acute toxicity of 31 different nanoparticles to zebrafish (Danio rerio) tested in adulthood and in early life stages-comparative study. Interdiscipl. Toxicol., 2013, 6(2), 67-73, DOI 10.2478/intox-2013-0012. otwiera się w nowej karcie
- Anderson, P. D.; Spear, P.; d'Apollinia, S.; Perry, S.; De Luca, J.; Dick, J. The multiple toxicity of vanadium, nickel and phenol to fish. Alberta Oils Sands Environmental Research Program Alberta Environment/Environment Canada, Alberta, 1979, 1-109, DOI 10.7939/R33R0PT69. otwiera się w nowej karcie
- Marr, J. C. A.; Hansen, J. A.; Meyer, J. S.; Cacela, D.; Podrabsky, T.; Lipton, J.; Bergman, H. L. Toxicity of cobalt and copper to rainbow trout: application of a mechanistic model for predicting survival. Aquat. Toxicol., 1998, 43(4), 225-238, DOI 10.1016/S0166-445X(98)00061-7. otwiera się w nowej karcie
- Shuhaimi-Othman, M.; Nadzifah, Y.; Ahmad, A. K. Toxicity of copper and cadmium to freshwater fishes. World Acad. Sci. Eng. Technol., 2010, 65, 869-871. otwiera się w nowej karcie
- Couture, P.; Blaise, C.; Cluis, D.; Bastien, C. Zirconium toxicity assessment using bacteria, algae and fish assays. Water Air Soil Poll., 1989, 47(1-2), 87-100, DOI 10.1007/BF00469000. otwiera się w nowej karcie
- Michelsensgatan, H. Screening of platinum group metals; otwiera się w nowej karcie
- Pt, Rh and Pl. , SWECO VIAK Screening Report 2007:2 otwiera się w nowej karcie
- Hamilton, S. J.; Buhl, K. J. Acute toxicity of boron, molybdenum, and selenium to fry of chinook salmon and coho salmon. Arch. Environ. Con. Tox., 1990, 19(3), 366-373, DOI 10.1007/BF01054980. otwiera się w nowej karcie
- Pyle, G. G.; Swanson, S. M.; Lehmkuhl, D. M. Toxicity of uranium mine-receiving waters to caged fathead minnows, Pimephalespromelas. Ecotox. Environ. Safe., 2001, 48(2), 202-214, DOI 10.1006/eesa.2000.2016. otwiera się w nowej karcie
- Nam, S. H.; Lee, W. M.; Shin, Y. J.; Yoon, S. J.; Kim, S. W.; Kwak, J. I.; An, Y. J. Derivation of guideline values for gold (III) ion toxicity limits to protect aquatic ecosystems. Water Res., 2014, 48, 126-136, DOI 10.1016/j.watres.2013.09.019. otwiera się w nowej karcie
- Zimmermann, S.; Wolff, C.; Sures, B. Toxicity of platinum, palladium and rhodium to Daphnia magna in single and binary metal exposure experiments. Environ. Pollut., 2017, 224, 368-376, DOI 10.1016/j.envpol.2017.02.016. otwiera się w nowej karcie
- Okamoto, A.; Yamamuro, M.; Tatarazako, N. Acute toxicity of 50 metals to Daphnia magna. J. Appl. Toxicol., 2015, 35(7), 824-830, DOI 10.1002/jat.3078. otwiera się w nowej karcie
- Guilhermino, L.; Diamantino, T. C.; Ribeiro, R.; Gonçalves, F.; Soares, A. M. Suitability of Test Media Containing EDTA for the Evaluation of Acute Metal Toxicity to Daphnia magna Straus. Ecotox. Environ. Safe., 1997, 38(3), 292-295, DOI 10.1006/eesa.1997.1599. otwiera się w nowej karcie
- Biesinger, K. E.; Christensen, G. M. Effects of various metals on survival, growth, reproduction, and metabolism of Daphnia magna. J. Fish Res. Board Can., 1972, 29(12), 1691-1700, DOI 10.1139/f72-269. otwiera się w nowej karcie
- Carson, B. L. Toxicology Biological Monitoring of Metals in Humans; CRC Press: 2018 otwiera się w nowej karcie
- Litchfield, J. J.; Wilcoxon, F. A simplified method of evaluating dose-effect experiments. J. Pharmacol. Exp. Ther., 1949, 96(2), 99-113.
- Holbrook Jr, D. J.; Washington, M. E.; Leake, H. B.; Brubaker, P. E. Studies on the evaluation of the toxicity of various salts of lead, manganese, platinum, and palladium. Environ. Health Perspect., 1975, 10, 95-101, DOI 10.1289/ehp.751095. otwiera się w nowej karcie
- Egorova, K. S.; Ananikov, V. P. Toxicity of metal compounds: knowledge and myths. Organometallics, 2017, 36(21), 4071-4090, DOI 10.1289/ehp.751095. otwiera się w nowej karcie
- Janz, G. J. Molten salts handbook. Elsevier: 2013 otwiera się w nowej karcie
- Patnaik, P. Handbook of inorganic chemicals; New York: McGraw-Hill, 2003, Vol. 529
- Lide, D. R. (Ed.); otwiera się w nowej karcie
- CRC Handbook of Chemistry and Physics; CRC press: 2004, Vol. 85 otwiera się w nowej karcie
- Haynes, W. M. CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC press: 2014 otwiera się w nowej karcie
- Nichenko, S.; Streit, M. Thermodynamic modelling of molybdenum behaviour in chloride molten salt. Proceedings of Top Fuel 2015, 2015, 13-17, DOI 10.13140/RG.2.1.1370.6965. otwiera się w nowej karcie
- Luo, Y. R. Comprehensive handbook of chemical bond energies. CRC press., 2007.; https://notendur.hi.is/agust/rannsoknir/papers/2010-91-CRC-BDEs-Tables.pdf (accessed 25.08.19) otwiera się w nowej karcie
- Roy, G. Les éléments du groupe platine (Pd, Pt et Rh) dans les eaux de surface et leur toxicité chez l'algue verte Chlamydonomas reinhardtii (Doctoral dissertation, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique), 2009.
- Sørensen, S. N., Engelbrekt, C., Lützhøft, H. C. H., Jiménez-Lamana, J., Noori, J. S., Alatraktchi, F. A., ... & Baun, A. A multimethod approach for investigating algal toxicity of platinum nanoparticles. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(19), 10635-10643, DOI 10.1021/acs.est.6b01072. otwiera się w nowej karcie
- Fargašová, A., Bumbálová, A., & Havránek, E. Ecotoxicological effects and uptake of metals (Cu+, Cu2+, Mn2+, Mo6+, Ni2+, V5+) in freshwater alga Scenedesmus quadricauda. Chemosphere, 1999, 38(5), 1165-1173, DOI 10.1016/S0045-6535(98)00346-4. otwiera się w nowej karcie
- Horvatic, J., Persic, V., Pavlic, Z., Stjepanovic, B., & Has-Schon, E. Toxicity of metals on the growth of Raphidocelis subcapitata and Chlorella kessleri using microplate bioassays. Fresen. Environ. Bull., 2007, 16(7), 826.
- Chen, C. Y., Lin, K. C., & Yang, D. T. Comparison of the relative toxicity relationships based on batch and continuous algal toxicity tests. Chemosphere, 1997, 35(9), 1959-1965, DOI 10.1016/S0045-6535(97)00270-1. otwiera się w nowej karcie
- Christensen, E. R., Scherfig, J., Dixon, P. T. Effects of manganese, copper and lead on Selenastrum capricornutum and Chlorella stigmatophora. Water Res., 1979, 13(1), 79-92, DOI 10.1016/0043-1354(79)90258- 6. otwiera się w nowej karcie
- Dědková, K., Bureš, Z., Palarčík, J., Vlček, M., Kukutschová, J. Acute aquatic toxicity of gold nanoparticles to freshwater green algae. NanoCon2014 materials, Bron, 2014. otwiera się w nowej karcie
- Franklin, N. M., Stauber, J. L., Lim, R. P., Petocz, P. Toxicity of metal mixtures to a tropical freshwater alga (Chlorella sp.): the effect of interactions between copper, cadmium, and zinc on metal cell binding and uptake. Environ. Toxicol. Chem., 2002, 21(11), 2412-2422, DOI 10.1002/etc.5620211121. otwiera się w nowej karcie
- Radetski, C. M., Ferard, J. F., Blaise, C. A semistatic microplate-based phytotoxicity test. Environ. Toxicol. Chem., 1995, 14(2), 299-302, DOI 10.1002/etc.5620140215. otwiera się w nowej karcie
- Couture, P., Blaise, C., Cluis, D., Bastien, C. Zirconium toxicity assessment using bacteria, algae and fish assays. Water Air Soil Poll., 1989, 47(1-2), 87-100, DOI 10.1007/BF00469000. otwiera się w nowej karcie
- Bednarova, I., Mikulaskova, H., Havelkova, B., Strakova, L., Beklova, M., Sochor, J., …, Kizek, R. Study of the influence of platinum, palladium and rhodium on duckweed (Lemna minor). Neuroendocrinol. Lett., 2014, 35(2), 35-42.
- Griffitt, R. J., Luo, J., Gao, J., Bonzongo, J. C., & Barber, D. S. Effects of particle composition and species on toxicity of metallic nanomaterials in aquatic organisms. Environ. Toxicol. Chem., 2008, 27(9), 1972-1978, DOI otwiera się w nowej karcie
- Organización Internacional de Normalización. (2006). ISO 14044: Environmental Management, Life Cycle Assessment, Requirements and Guidelines. ISO. otwiera się w nowej karcie
- Hwang, C. L.; Yoon, K. P. Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications, Springer-Verlag: New York, USA, 1981, DOI 10.1007/978-3-642-48318-9_3. otwiera się w nowej karcie
- Yoon, K., A reconciliation among discrete compromise solutions. J. Oper. Res. Soc.,1987, 38(3), 277-286, DOI 10.1057/jors.1987.44. otwiera się w nowej karcie
- Hwang, C. L.; Lai Y. J.; Liu T. Y. A new approach for multiple objective decision making. Comput. Oper. Res., 1993, 20, 889-899, DOI 10.1016/0305-0548(93)90109-V. otwiera się w nowej karcie
- Rappaport, A. Sensitivity analysis in decision making, TAR, 1967,42, 441-456.
- Bystrzanowska, M.; Tobiszewski, M. How can analysts use multicriteria decision analysis?. Trends Anal. Chem., 2018, 105, 98-105, DOI 10.1016/j.trac.2018.05.003. otwiera się w nowej karcie
- Edison, T. J. I., Sethuraman, M. G. Biogenic robust synthesis of silver nanoparticles using Punicagranatum peel and its application as a green catalyst for the reduction of an anthropogenic pollutant 4- nitrophenol. Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectro, 2013, 104, 262-264, DOI 10.1016/j.saa.2012.11.084. otwiera się w nowej karcie
- Vellaichamy, B., Periakaruppan, P. Silver-nanospheres as a green catalyst for the decontamination of hazardous pollutants. RSC Adv., 2015, 5(128), 105917-105924, DOI 10.1039/C5RA21599D . otwiera się w nowej karcie
- Yeganeh-Faal, A., Bordbar, M., Negahdar, N., Nasrollahzadeh, M. Green synthesis of the Ag/ZnO nanocomposite using Valerianaofficinalis L. root extract: application as a reusable catalyst for the reduction of organic dyes in a very short time. IET Nanobiotechnol., 2017, 11(6), 669-676, DOI 10.1049/iet-nbt.2016.0198. otwiera się w nowej karcie
- Harper, S. L., Carriere, J. L., Miller, J. M., Hutchison, J. E., Maddux, B. L., & Tanguay, R. L. Systematic evaluation of nanomaterial toxicity: utility of standardized materials and rapid assays. ACS nano, 2011, 5(6), 4688-4697, DOI 10.1021/nn200546k. otwiera się w nowej karcie
- Coradeghini, R., Gioria, S., García, C. P., Nativo, P., Franchini, F., Gilliland, D., ... otwiera się w nowej karcie
- & Rossi, F. Size- dependent toxicity and cell interaction mechanisms of gold nanoparticles on mouse fibroblasts. Toxicol. Lett., 2013, 217(3), 205-216, DOI 10.1016/j.toxlet.2012.11.022. otwiera się w nowej karcie
- Parsaee, Z. Sonochemical synthesis and DFT studies of nano novel Schiff base cadmium complexes: Green, efficient, recyclable catalysts and precursors of Cd NPs. J. Mol. Struct., 2017, 1146, 644-659, DOI 10.1016/j.molstruc.2017.06.049. otwiera się w nowej karcie
- Li, P.; Regati, S.; Butcher, R. J.; Arman, H. D.; Chen, Z.; Xiang, S.; Chen, B.; Zhao, C. G. Hydrogen-bonding 2D metal-organic solids as highly robust and efficient heterogeneous green catalysts for Biginelli reaction. Tetrahedron Lett., 2011, 52(47), 6220-6222, DOI 10.1016/j.tetlet.2011.09.099. otwiera się w nowej karcie
- Egorova, K. S.; Ananikov, V. P. Which metals are green for catalysis? Comparison of the toxicities of Ni, Cu, Fe, Pd, Pt, Rh, and Au salts. Angew. Chem. Int. Edit., 2016, 55(40), 12150-12162, DOI 10.1002/anie.201603777. otwiera się w nowej karcie
- Cairo, G.; Bernuzzi, F.; Recalcati, S. A precious metal: Iron, an essential nutrient for all cells. Genes Nutr., 2006, 1(1), 25-39, DOI 10.1007/BF02829934. otwiera się w nowej karcie
- Sharma, R. K.; Agrawal, M. Biological effects of heavy metals: an overview. J. Environ. Biol., 2005, 26(2), 301-313. otwiera się w nowej karcie
- Desoize, B. Metals and metal compounds in cancer treatment. Anticancer Res., 2004, 24(3A), 1529-1544. otwiera się w nowej karcie
- Chen, D.; Milacic, V.; Frezza, M.; Dou, Q. P. Metal complexes, their cellular targets and potential for cancer therapy. Curr. Pharm. Des., 2009, 15(7), 777-791, DOI 10.2174/138161209787582183. otwiera się w nowej karcie
- Zimmermann, S.; Messerschmidt, J.; von Bohlen, A.; Sures, B. Uptake and bioaccumulation of platinum group metals (Pd, Pt, Rh) from automobile catalytic converter materials by the zebra mussel (Dreissenapolymorpha). Environ. Res., 2005, 98(2), 203-209, DOI 10.1016/j.envres.2004.08.005. otwiera się w nowej karcie
- Dolara, P. Occurrence, exposure, effects, recommended intake and possible dietary use of selected trace compounds (aluminium, bismuth, cobalt, gold, lithium, nickel, silver). Int. J. Food Sci. Nutr., 2014, 65(8), 911- 924, DOI 10.3109/09637486.2014.937801. otwiera się w nowej karcie
- Oller, A. R.; Cappellini, D.; Henderson, R. G.; Bates, H. K. Comparison of nickel release in solutions used for the identification of water-soluble nickel exposures and in synthetic lung fluids. J. Environ. Monit., 2009, 11(4), 823-829, DOI 10.1039/B820926J. otwiera się w nowej karcie
- Semisch, A.; Ohle, J.; Witt, B.; Hartwig, A. Cytotoxicity and genotoxicity of nano-and microparticulate copper oxide: role of solubility and intracellular bioavailability. Part Fibre Toxicol., 2014, 11(1), 10-25, DOI 10.1186/1743-8977-11-10. otwiera się w nowej karcie
- Oller, A. R. Respiratory carcinogenicity assessment of soluble nickel compounds. Environ. Health Perspect., 2002, 110(suppl 5), 841-844, DOI 10.1289/ehp.02110s5841. otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 83 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
How green are ionic liquids? – A multicriteria decision analysis approach
- M. Bystrzanowska,
- P. Francisco,
- Ł. Marcinkowski
- + 1 autorów