En model til at forstå, hvordan sollys nedbryder forurenende stoffer i vand

Ud over at levere D -vitamin, hjælper blomster med at vokse og skaber den perfekte undskyldning for at tage til stranden, sollys hjælper også med at nedbryde kemikalier i vandløb, søer og floder. Forskere fra Michigan Technological University har udviklet en singlet-iltmodel til at beregne, hvordan bestemte kemikalier nedbrydes i overfladevand.

Mens swimmingpools bruger blå fliser til at efterligne Caribiens farve, det meste overfladevand er gult eller brunt. For eksempel, Tahquamenon Falls, en populær øvre halvø destination, er kendt for karamelfarven på sine slisker. Den farve kommer fra blad- og barkaffald, der danner tanniner - polyfenoler, eller naturligt forekommende organiske forbindelser i planter. Det er dette affald, der absorberer sollys og skaber den eneste ilt, der nedbryder forurenende stoffer.

Denne reaktive iltart forårsager det, der kaldes fotokemisk transformation, en proces, hvor lys og oxiderende materialer frembringer kemiske reaktioner. Men hvor lang tid tager det for et bestemt kemikalie at bryde ned under dette solrige og vegetative angreb?

At forstå, hvor mange timer eller dage det tager en bestemt forurening at nedbryde halvvejs, hjælper miljøingeniører og videnskabsmænd med at beskytte vores vandveje. At kende et bestemt kemikalies halveringstid hjælper ressourceforvaltere med at vurdere, om det kemikalie opbygges i miljøet eller ej.

Daisuke Minakata, lektor i civil, miljø- og geospatial teknik hos Michigan Tech, udviklet en omfattende reaktiv aktivitetsmodel, der viser, hvordan singlet oxygens reaktionsmekanismer fungerer mod en forskelligartet gruppe af forurenende stoffer og beregner deres halveringstid i et naturligt vandmiljø.

"Vi testede 100 forskellige økologiske, strukturelt forskellige forbindelser, " sagde Minakata. "Hvis vi kender reaktiviteten mellem singlet oxygen og forurenende stoffer, vi kan sige, hvor lang tid det vil tage at nedbryde en specifik struktur af et forurenende stof til halvdelen af ​​koncentrationen. "

Minakatas samarbejdspartnere er kandidatstuderende Benjamin Barrios, Benjamin Mohrhardt og Paul Doskey, professor ved College of Forest Resources and Environmental Science. Deres forskning blev offentliggjort i sommer i tidsskriftet Miljøvidenskab og teknologi .

Solskin oxiderer og nedbryder giftige kemikalier

Hastigheden af ​​indirekte sollys-initieret kemisk oxidation er unik for vandmassen; hver sø, flod eller å har sin egen særskilte blanding af organisk stof. Og fordi processen ikke foregår i mørke, mængden af ​​sollys, et vandlegeme modtager, påvirker også reaktioner. For eksempel, singlet oxygen spiller en delvis rolle i nedbrydning af toksinerne i skadelige algeblomster og i nedbrydning af det overskydende nitrogen og fosfor, der produceres ved landbrugsafstrømning.

Den reaktive iltart har også fordele ud over vores foretrukne søer og floder.

"Singlet oxygen kan bruges til desinfektion af patogener, "Minakata sagde." Det kan oxidere kemikalier i drikkevand eller spildevandsbehandlinger. Der er mange måder at bruge denne stærke kemiske oxidant til mange formål i vores liv."

Bevæger sig ud over reaktioner mod biprodukter

Med halveringstidsberegningerne etableret af Minakatas model, forskerholdet planlægger yderligere at studere biprodukterne produceret af singlet oxygen/kemiske reaktioner - med et øje mod at forudsige, om biprodukterne i sig selv vil være giftige. Ved at forstå stadierne af nedbrydning, Minakata og hans team kan udvikle en udvidet model til at forudsige dannelsen af ​​solbårne biprodukter og hvordan interaktionerne starter igen.

Ultimativt, en fuld forståelse af halveringstiden for de mange kemikalier, der infiltrerer vores vandkilder, er et skridt i retning af at sikre rent vand til menneskers brug.