Bliver platin:En giftfri katalysator til rent, genanvendeligt vand

Platinum har sat en ny "guldstandard" inden for smykker, og nu er det ved at opskalere kvaliteten af ​​dit vand.

Efterhånden som spildevandsrensning til genbrug af drikke- og drikkevand bliver en mere levedygtig og populær mulighed for at imødegå vandmangel, tårner spørgsmålet sig op om, hvilke skadelige biprodukter der kan dannes ved behandling, og hvordan man løser dem. En gruppe af disse kemikalier, aldehyder, er kendt for at vedholde stædigt gennem behandling. Giftige for mennesker vil aldehyder stå øverst på listen over regulerede biprodukter i kommende genbrugsbestemmelser, mener USC-forskere, og kræver, at bæredygtig metode fjernes fra vores drikkevand.

I forskning offentliggjort i Environmental Science &Technology , USC Viterbi School of Engineering-forskere introducerer platin for at hjælpe med at rense selv de mest genstridige toksiner fra spildevand. Platin, det samme metal, der bruges i katalysatorer til at rense luftforurenende stoffer i bilers udstødning, kan tjene som en katalysator, sagde Dan McCurry, assisterende professor i civil- og miljøteknik, og fremskynde oxidationen for at omdanne engang giftige aldehyder til harmløse carboxylsyrer.

Når spildevand genbruges, sagde McCurry, er det resulterende vand "meget rent, men ikke 100 procent rent. Der er stadig en lille mængde organisk kulstof, der kan påvises, og disse kulstofatomer kan være knyttet til molekyler, der er meget giftige eller helt uskyldige." Dette har forvirret folk i årevis, sagde han, især fordi kulstoffet er i stand til at komme igennem så mange behandlingslag og barrierer.

En undersøgelse udført af UC Berkeley-forsker David Sedlak afslørede, at "en tredjedel til halvdelen" af disse molekyler er til stede i form af aldehyder, sagde McCurry. Aldehyder er kemiske forbindelser karakteriseret ved et kulstofatom, der deler en dobbeltbinding med et oxygenatom, en enkeltbinding med et hydrogenatom og en enkeltbinding med et andet atom eller en gruppe af atomer. De er også generelt giftige for mennesker, hvilket betyder, at deres langtidsforbrug kan resultere i en række kroniske og livstruende sygdomme såsom kræft.

Katalytisk oxidation af organiske forurenende stoffer i vand, uden elektrokemi, tilsætning af elektronaccepterende oxidantkemikalier eller fotokemi, er til dato ikke blevet påvist bæredygtigt, sagde McCurry. Indtil nu.

En løsning på et kommende problem

McCurry huskede, at han lærte om oxidanter, der blev brugt til at syntetisere molekyler i et kursus i organisk kemi, han tog, mens han var kandidatstuderende ved Stanford University. "TA'en gennemgik en liste over oxidanter brugt af syntetiske kemikere, og platinkatalysatorer fangede mit øje. Ikke alene er det en af ​​de få oxidanter, der er ikke-toksiske, men det kan udnytte ilten i vand til at katalysere en reaktion abiotisk ( uden brug af mikrober)."

"Det var virkelig spændende for mig," sagde McCurry, "fordi det altid har været frustrerende i vandbehandling, at vand er fyldt med ilt, men det gør ikke rigtig noget."

Der er omkring otte milligram per liter opløst ilt i vand, sagde McCurry. Mens det er en potent oxidant fra et termodynamisk perspektiv, sagde McCurry, er reaktionen langsom. Med platin fremskyndes processen. I et stykke tid brugte McCurry og hans team af forskere platin til at oxidere forskellige lægemidler som et spørgsmål om eksperimenter.

"Vi vidste, at vi kunne oxidere visse ting, men vi havde ikke en klar anvendelse i tankerne for denne katalysator," sagde McCurry. I sidste ende var deres håb at finde en effektfuld anvendelse til deres arbejde. Til sidst, efter et års eksperimenter, kom ideen til ham, mens han cyklede hjem fra Stanfords campus. "Hvad hvis vi kunne bruge platin i vandbehandling til at oxidere forurenende stoffer?" han sagde. "Det ville stort set ske gratis, og fordi ilten allerede er i vandet, er det det tætteste, du kan komme på en kemikaliefri oxidation."

McCurry erkender, at platin er dyrt, men bemærker også, at prisen, ligesom for en bils katalysator, er relativ. "Din bil har sandsynligvis mellem et og 10 gram platin i sig. Mængden er ikke triviel. Hvis det er billigt nok at sætte i en Honda Civic, er det sandsynligvis billigt nok til at sætte i et vandbehandlingsanlæg," sagde McCurry.

Gennembruddet, sagde McCurry, er ikke så relevant for de fleste eksisterende vandgenbrugsanlæg, da mange af dem foretrækker "indirekte genbrug af drikkevarer." Det er her, efter at alle vandbehandlings- og genbrugsprocesser er afsluttet, pumpes vand tilbage i jorden - så de skaber i det væsentlige nyt grundvand. "Når de først er i jorden, er det sandsynligt, at en eller anden mikrobe vil æde aldehyderne, og vandet vil blive renset på den måde," sagde han.

"Men flere og flere taler om direkte genbrug af drikkevand," sagde han, "hvor vi taler om et lukket vandkredsløb, hvor vandet går fra renseanlægget til genbrugsanlægget og derefter enten til et drikkevandsanlæg eller direkte ind i distributionssystemet ind i boliger og virksomheder."

I disse tilfælde kan aldehyder potentielt nå forbrugerne, sagde McCurry. Mens de i øjeblikket er uregulerede, har McCurry mistanke om, at tilstedeværelsen af ​​aldehyder i genanvendt spildevand snart vil tiltrække regulatorisk opmærksomhed. "Dette er problemet, vi ikke var klar over, at vi havde en løsning på, men nu ved vi, at denne katalysator, som vi havde brugt til at oxidere tilfældige lægemidler for sjov, fungerer fantastisk til at oxidere aldehyder - og ville give mulighed for direkte genbrug af drikkevand. for at opfylde fremtidige regulatoriske retningslinjer og sikkerhedsstandarder," sagde han.

Holdet lavede et foreløbigt eksperiment med platin i batch-reaktorer på et par liter vand. Eksperimenterne var vellykkede, men McCurry siger, at for at dette skal fange på masseproduktionsniveau, skal der foretages yderligere forskning vedrørende, hvor længe katalysatoren forbliver aktiv. Holdet undersøger, hvordan man potentielt også kan regenerere katalysatoren. McCurry siger, at det også vil være vigtigt at teste systemet med mere snavset vand, som kan forurene katalysatoren og gøre den mindre effektiv.

Processen, som holdet har anmeldt patent på, vil se ud til at være mere bæredygtig end alternative metoder, som kan kræve introduktion af yderligere kemikalier og energi, sagde McCurry. + Udforsk yderligere

Forskere identificerer det molekyle, der er ansvarligt for et potent kræftfremkaldende stof, der findes i genanvendt spildevand