Palladium-guld-nanopartikler renser TCE en milliard gange hurtigere end jernfilter

I de første side-by-side test af et halvt dusin palladium- og jernbaserede katalysatorer til oprensning af det kræftfremkaldende TCE, Forskere fra Rice University har fundet ud af, at palladium ødelægger TCE langt hurtigere end jern - op til en milliard gange hurtigere i nogle tilfælde.

Resultaterne vil blive vist i en ny undersøgelse i august-udgaven af ​​tidsskriftet Anvendt katalyse B:Miljømæssig.

TCE, eller trichlorethen, er et meget brugt kemisk affedtnings- og opløsningsmiddel, der har fundet vej til grundvandsforsyninger verden over. TCE -molekylet, som indeholder to carbonatomer og tre chloratomer, er meget stabil. Denne stabilitet er en velsignelse for industrielle brugere, men det er en bane for miljøingeniører.

"Det er svært at bryde disse bindinger mellem chlor og kulstof, " sagde undersøgelsesforfatter Michael Wong, professor i kemisk og biomolekylær teknik og kemi ved Rice. "Bryde nogle af obligationerne, i stedet for at bryde alle kulstof-chlor-bindinger, er et kæmpe problem med nogle TCE behandlingsmetoder. Hvorfor? Fordi du laver biprodukter, der er farligere end TCE, som vinylchlorid.

"De populære tilgange er, dermed, dem, der ikke bryder disse bånd. I stedet, mennesker bruger air-stripping eller kulstofadsorption til fysisk at fjerne TCE fra forurenet grundvand, " sagde Wong. "Disse metoder er nemme at implementere, men er dyre i det lange løb. Så, reducering af vandrensningsomkostninger driver interessen for nye og muligvis billigere metoder. "

I USA, TCE findes på mere end halvdelen af ​​de kontaminerede affaldspladser på Miljøstyrelsens Superfund National Priorities List. Alene på amerikanske militærbaser, Pentagon har anslået omkostningerne ved at fjerne TCE fra grundvandet til at være mere end $ 5 mia.

I søgen efter nye materialer, der kan nedbryde TCE til ikke -toksiske komponenter, forskere har fundet succes med rent jern og rent palladium. I førstnævnte tilfælde, metallet nedbryder TCE, da det korroderer i vand, selvom der nogle gange dannes vinylchlorid. I sidstnævnte tilfælde, metallet fungerer som en katalysator; den reagerer ikke med selve TCE'en, men det ansporer reaktioner, der bryder de besværlige carbon-chlor-bindinger fra hinanden. Fordi jern er betydeligt billigere end palladium og lettere at arbejde med, det bruges allerede i feltet. Palladium, på den anden side, er stadig begrænset til feltforsøg.

Wong ledede udviklingen af ​​en guld-palladium-nanopartikel-katalysatortilgang til TCE-sanering i 2005. Han fandt, at det var vanskeligt nøjagtigt at sammenligne den nye teknologi med andre jern- og palladium-baserede afhjælpningsordninger, fordi der ikke var blevet offentliggjort side-om-side-tests. .

"Folk vidste, at jern var langsommere end palladium og palladium-guld, men ingen vidste kvantitativt, hvor meget langsommere, " han sagde.

I den nye undersøgelse, et team med Wong og hovedforfatter Shujing Li, en tidligere ris-gæsteforsker fra Nankai University, Kina, kørte en række tests på forskellige formuleringer af jern- og palladiumkatalysatorer. De seks omfattede to typer jernnanopartikler, to typer palladiumnanopartikler - inklusive Wongs palladium-guldpartikel - og pulverform af jern og palladium-aluminiumoxid.

Forskerne forberedte en opløsning af vand kontamineret med TCE og testede hver af de seks katalysatorer for at se, hvor lang tid det tog at nedbryde 90 procent af TCE i opløsningen. Dette tog mindre end 15 minutter for hver af palladiumkatalysatorerne og mere end 25 timer for de to jernnanopartikler. Til jernpulveret, det tog mere end 10 dage.

"Vi vidste fra tidligere undersøgelser, at palladium var hurtigere, men jeg tror, ​​at alle var lidt overraskede over at se, hvor meget hurtigere i disse side-by-side tests, " sagde Li.

Wong sagde, at de nye resultater skulle være nyttige for dem, der forsøger at sammenligne omkostningerne ved at udføre store tests på katalytisk afhjælpning af TCE.