Разработан одностадийный каталитический процесс, превращающий ядовитые нитраты в воду и воздух | Gearmix
09.01.2018 18:07

Разработан одностадийный каталитический процесс, превращающий ядовитые нитраты в воду и воздух

Источник перевод для gearmix ()

Инженеры подразделения «Нанотехнологии для очистки воды» (NEWT) в Университете Райса, США, предложили катализатор, очищающий воду от токсичных нитратов, превращая их в воздух и воду.

Подпись к изображению: В Университете Райса получен катализатор в виде наночастиц из индия и палладия, который очищает питьевую воду от нитратов, превращая токсичные молекулы в воду и воздух 

«Нитраты в основном вымываются из сельскохозяйственных земель, и это влияет на фермерские сообщества во всём мире, — говорит инженер-химик Майкл Вонг, руководитель исследования. — Нитраты представляют проблему как для окружающей среды, так и для здоровья, ввиду их токсичности. Существуют ионно-обменные фильтры, способные удалять нитраты из воды, но они требуют очистки раз в несколько месяцев, при этом используемая для промывки вода просто возвращает нитраты в окружающую среду в концентрированном виде».

Лаборатория Вонга специализируется на разработке катализаторов, состоящих из металлических наночастиц, ускоряющих химические реакции. В 2013 году его группа показала, что микроскопические сферические частицы золота, с вкраплениями палладия, способны разрушать нитриты — ещё более токсичные соединения, родственные нитратам.

«Молекулы нитратов содержат один атом азота и три атома кислорода, — объясняет Вонг. — Теряя один атом кислорода нитраты превращаются в нитриты, которые ещё более токсичны, и на этом нельзя останавливаться. Более того, именно нитраты представляют основную проблему».

«Наилучший способ удаления нитратов — каталитический процесс, в котором нитраты полностью распадаются на азот и кислород, или, в нашем случае — на азот и воду, так как мы добавляем немного водорода. Азот составляет более 3/4 земной атмосферы, и значит мы превращаем нитраты в воздух и воду».

Нитраты токсичны для младенцев и беременных, и могут вызывать рак. Загрязнение нитратами распространено в сельскохозяйственных районах, особенно в Калифорнийской долине и «кукурузном поясе» США, где интенсивно используются удобрения; при этом происходит рост уровня загрязнённости вследствие изменения методов землепользования.

Нитраты и нитриты контролируются Агентством по защите окружающей среды, которое устанавливает нормы содержания загрязнителей в питьевой воде. В местностях, где загрязнены и колодцы, и водоёмы, обычно питьевую воду обрабатывают ионообменными смолами, которые захватывают нитраты и нитриты, но не уничтожают их.

Предыдущие работы группы Вонга показали, что наночастицы из золота и палладия не эффективны в качестве катализатора для разложения нитратов. Соавтор исследования Ким Хек говорит, что поиск по научной литературе обнаружил другую возможность: индий и палладий.

«Мы усовершенствовали метод и обнаружили, что наиболее активный катализатор получается при покрытии индием 40 процентов поверхности шарика из палладия. Результат оказался на 50 процентов эффективнее других методов, обнаруженных нами в публикациях. На этом можно было бы остановиться, но нам хотелось понять, почему это работало лучше, для чего пришлось исследовать химическую составляющую реакции».

В сотрудничестве с коллегами Джеффри Миллером из Университета Пэдью и Ларсом Грабоу из Университета Хьюстона, исследователи обнаружили, что индий ускоряет распад нитратов, тогда как палладий, по-видимому, предотвращает необратимое окисление индия.

«Индий склонен к окислению. Опыты показали, что при воздействии на катализатор растворов, содержащих нитраты, индий окислялся. Но когда мы добавили насыщенную водородом воду, палладий помог кислороду соединиться с водородом, образуя воду. Индий остался неокисленным и способным к дальнейшему разрушению нитратов».

Вонг заявил о желании его команды работать с партнёрами в промышленности с целью довести эту технологию очистки воды до коммерческого использования.

«Здесь вступает в дело подразделение NEWT. Его задача — развить фундаментальные научные результаты до приложений в реальном мире. В данном случае мы имеет разработанный химический процесс, и следующий шаг — создать действующую потоковую систему, опытный образец, подтверждающий работоспособность концепции в промышленном масштабе».

NEWT — это инженерный исследовательский центр, работающий в сфере очистки воды, объединяющий несколько учреждений, и базирующийся в Университете Райса.



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Комментарии запрещены.