Opfriskning af forurenet vand

Nitrat er en generende grundvandsforurening, der hovedsageligt er forårsaget af gødningsafstrømning på landbrugsjord. Mange brønde i landbrugsregioner overskrider EPA -grænsen for nitrat i drikkevand, og uden en økonomisk behandlingsmulighed er vandet uegnet til drikkevand.

Men forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) og Stanford University har udviklet en teknologi, der selektivt kan fjerne nitrat fra vand, bevare gavnlige mineraler og dramatisk reducere omkostningerne ved behandling sammenlignet med andre oprensningsmetoder, såsom omvendt osmose.

"Vores teknologi kan skaleres fra undervask til kommunal anlægsstørrelse og vil øge ferskvandstilgængeligheden i områder uden ressourcer, "sagde LLNL -materialeforsker Patrick Campbell, medforfatter på et papir, der vises online og i en fremtidig forsideudgave af tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi .

Forurening af vandressourcer med nitrat er et voksende og betydeligt problem, især i landbrugsregioner. Ved at indse dette, holdet brugte kapacitive deioniseringselektroder lavet af ultramikroporøst kulstof med porer på mindre end én nanometer, der er perfekte til at fjerne nitratmolekyler.

Kapacitiv deionisering (CDI) er en vandbehandlingsteknologi, der kan bruges til at fjerne salt fra brakvand med lavt saltindhold. Ud over generel afsaltning, CDI kan bruges til selektiv fjernelse af specifikke ioniske kontaminanter. En af de største forurenende stoffer er nitrat, som er reguleret af U.S. Environmental Protection Agency til et maksimalt forureningsniveau i drikkevand på 10 milligram per liter.

Imidlertid, undersøgelser tyder på, at koncentrationen af ​​nitrat i grundvandet stiger med 1-3 milligram per liter om året, gør udviklingen af ​​effektive behandlingsmetoder stadig vigtigere.

"Det er rimeligt at forvente, at en porestørrelsesfordeling af udelukkende smalle porer ville udelukke almindelige uønskede ioner til fordel for selektivt adsorbering af nitrat, "sagde Michael Stadermann, LLNL materiale videnskabsmand og co-lead forfatter af papiret.

For at demonstrere selektivitet, holdet valgte klorid og sulfat, fordi de almindeligvis findes i afløbsvand, og, sammen med nitrat, spænder over et stort tværsnit af hydratiserede ionegenskaber. De fandt ud af, at elektroden fjernede nitrat fra vand meget mere effektivt end den fjernede chlorid og sulfat.

For bedre at forstå, hvorfor nitrat fortrinsvis fjernes frem for sulfat og chlorid, holdet udførte de første principper molekylær dynamisk simulering af klorid, nitrat- og sulfationer opløst i bulkvand.

"Disse højfidelitetssimuleringer giver indsigt i hydreringsstrukturen af ​​hver ion, herunder geometri og solvationsstyrke, som kan relateres direkte til ionselektiviteten observeret i eksperimenterne, " sagde Campbell.