Reduktion ved reduktion:Ny tilgang til at afbøde chromforurening i spildevand

Grundstoffet chrom, på trods af at have forskellige applikationer, har et dårligt ry. Dette skyldes, at eksponering for chromforbindelser fører til en højere risiko for luftvejskræft og andre skadelige virkninger på menneskers sundhed. For at tilføje til dette problem, krom er tilfældigvis også en væsentlig bidragyder til vandforurening på grund af dets tilstedeværelse i industriaffald.

Der er, imidlertid, et sølvfor. Som kemikere har observeret, chroms toksicitet er afhængig af dets valenstilstand (en tilstand, der er dikteret af antallet af elektroner i den ydre skal af et atom). Af de to stabile tilstande, som krom udviser, hexavalent chrom eller Cr(VI) og trivalent chrom Cr(III), førstnævnte er mere giftig og opløselig. Dermed, kromforurening kan afbødes ved blot at omdanne Cr(VI) til Cr(III) via en proces kaldet reduktion. Desværre, de fleste metoder involveret i at reducere Cr(VI) til Cr(III) er enten dyre og farlige eller har høje energikrav.

Til denne ende, forskere har fokuseret på udviklingen af ​​fotokatalysatorer, materialer, der kan lette reduktionen af ​​skadelige stoffer i nærvær af lys. Tricket er at udvikle en sådan reaktion ved at bruge vand som opløsningsmiddel (i modsætning til tidligere anvendte organiske opløsningsmidler), sådan, at de direkte kan bruges til at rense spildevand.

Et team af forskere, ledet af prof Takashiro Akitsu fra Tokyo University of Science, har gjort dette med succes, i en nylig undersøgelse offentliggjort i New Journal of Chemistry . Holdet inkluderede også Yoshito Miyagawa, Tomoyuki Haraguchi (Tokyo University of Science, Japan), Arshak Tsatsuryan (University of Turin, Italien, og Southern Federal University, Rusland), og Igor Shcherbakov (Southern Federal University, Rusland). Prof Akitsu forklarer, "I vores undersøgelse, vi udviklede en metode til at reducere Cr(VI) via lysbestråling. Vi påførte det derefter på et vandigt opløsningsmiddel for at gøre det lettere."

I deres undersøgelse, holdet syntetiserede kobber (Cu(II)) komplekser fra en række organiske forbindelser. Gennem yderligere analyser, de bekræftede, at disse komplekser, sammen med en fotokatalysator kaldet titaniumoxid (TiO ₂ ), er involveret i en fotokemisk reaktion, der fører til reduktion af Cr(VI) i både methanol og vand. Specifikt, gruppen undersøgte, hvordan den fotokatalytiske aktivitet af Cu(II)-komplekset i methanol afhang af bølgelængden af ​​indfaldende lys, mens Cu(II)-komplekset med TiO ₂ i vandig opløsning afhang af opløsningens pH.

Resultaterne viste, at på den ene side, hastigheden af ​​Cr(VI)-reduktion i Cu(II)-methanol fotokemisk reaktion er maksimal for synligt lys i bølgelængdeområdet 460-495 nm. På den anden side, Cr(VI)-reduktion med Cu(II)-TiO ₂ system under UV-lys viste sig at afhænge af pH-niveauet af den vandige opløsning, udviser høj reduktionseffektivitet for sure opløsninger med pH-værdier <6. Yderligere elektrokemiske eksperimenter viste, at fotokatalysatorerne var genanvendelige, angiver deres potentielle anvendelighed i miljøregulering.

Undersøgelsen lover udviklingen af ​​en ny spildevandsbehandlingsprocedure, der er både omkostningseffektiv og effektiv. Som Prof Akitsu udtrykker det, "Dette er den første undersøgelse, der viser reduktionen af ​​det giftige Cr(VI) til det relativt harmløse Cr(III) i et vandigt opløsningsmiddel, som har direkte konsekvenser for at reducere vandforurening."

Med en sådan teknologi på plads, vi kan bestemt håbe på at vende de negative virkninger af industriaffald på vandområder.