Forskere opnår lovende resultater for kontrol med forurenende stoffer i vand

En artikel publiceret i tidsskriftet Catalysis Communications beskriver en enkel, effektiv og bæredygtig tilgang til nedbrydning og kvantitativ overvågning af en blanding af polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er), nye forurenende stoffer, der forurener forskellige økosystemer på grund af olie- og andre fossile brændstoffers spild og ukorrekt bortskaffelse af industriaffald.

Nye forurenende stoffer er kemiske forbindelser, der for nylig er blevet identificeret som skadelige for menneskers sundhed og miljøet, men som ikke overvåges regelmæssigt og ikke kan fjernes med konventionelle spildevandsbehandlingsmetoder. Eksempler omfatter bisphenol (bruges i visse typer plastik), nogle pesticider og stoffer, der findes i produkter til personlig pleje og medicin.

I jagten på løsninger på dette problem har forskere i Brasilien tilknyttet Federal University of São Carlos (UFSCar), São Paulo State University (UNESP) og Federal University of Paraíba (UFPB) forberedt en blanding indeholdende lave niveauer af naphthalen, anthracen og dibenzothiophen i overfladevand, der simulerer det naturlige miljø.

De brugte excitation-emission matrix (EEM) fluorescensspektroskopi som en højere-ordens metode til analyse og kalibrering kombineret med parallel faktoranalyse til databehandling, hvorved de adskilte de spektrale komponenter i blandingen for at identificere og kvantificere hver enkelt forurenende stof. som andre potentielle forbindelser til stede i naturligt vand.

Denne metode gjorde det muligt for hver analyse at blive afsluttet på mindre end to minutter uden produktion af rester eller behov for mere kostbare og sofistikerede teknikker, såsom kromatografi.

Blandingen blev derefter nedbrudt ved hjælp af et fotokemisk system, hvor en lampe blev aktiveret af mikrobølgestråling. Systemet nedbrød mellem 88 % og 100 % af de organiske forurenende stoffer på kun et minut. Denne høje ydeevne var forbundet med vandfotolyse, der effektivt genererede hydroxylradikaler (oxiderende arter, der er i stand til at nedbryde organiske forurenende stoffer ved høj hastighed).

Ifølge Kelvin C. Araújo, førsteforfatter til artiklen og forsker ved Center for Development of Functional Materials (CDMF), et forsknings-, innovations- og formidlingscenter (RIDC), der er vært for UFSCar, var et af højdepunkterne i undersøgelsen valg af PAH overvågningsmetode. Kromatografi, den sædvanlige metode, begrænser fremskridt i denne type forskning i mange dele af verden, fordi udstyret er dyrt, og teknikken kræver mere sofistikeret træning, forklarede han.

I denne undersøgelse brugte forskerne et spektrofluorometer, som er mere overkommeligt for mange laboratorier. Analysen er op til fem gange hurtigere end ved kromatografi, og der dannes ingen rest efter processen. Desuden bemærkede Araújo, at efterspørgsel efter mere tilgængelige metoder blev opdaget af gruppen, som længe har studeret vandbehandling ved hjælp af kromatografi som dens vigtigste analytiske teknik.

Fotokemisk system

Et andet væsentligt aspekt af undersøgelsen var brugen af ​​et mikrobølgeaktiveret fotokemisk system til at nedbryde PAH'erne. Ifølge Ailton Moreira, der i øjeblikket er forsker ved UNESP Institute of Chemistry i Araraquara og medforfatter til artiklen, er det en stor udfordring at effektivt og hurtigt nedbryde nye forurenende stoffer uden brug af katalysatorer.

"Udfordringen er endnu mere skræmmende, når du arbejder med blandinger af forurenende stoffer i naturligt vand på grund af de mange potentielle hæmmere af nedbrydningsprocessen, men det fotokemiske system fungerede fremragende," sagde Moreira og tilføjede, at det samme system allerede havde vist sig effektivt. i undersøgelser, der involverer nedbrydning af landbrugs- og medicinalaffald. Baseret på de fund, der er beskrevet i artiklen, kunne det fotokemiske system bruges i en langt større skala – for eksempel i spildevandsrensningsanlæg.

Forfatterne bekræfter, at både den analytiske metode og nedbrydningsprocessen vil være i fokus for fremtidige studier i forskellige projekter ledet af medlemmer af gruppen. Næste trin vil omfatte anvendelse af disse teknologier på et spildevandsrensningsanlæg i Gavião Peixoto, en by i São Paulo-staten, for at overvåge og nedbryde nye forurenende stoffer.

Flere oplysninger: Kelvin C. Araújo et al., Hurtige og effektive processer til oxidation og overvågning af polycykliske aromatiske kulbrinter i miljømatricer, Catalysis Communications (2023). DOI:10.1016/j.catcom.2023.106834

Leveret af FAPESP