Wiederverwendbarer ungiftiger Katalysator für sauberes Wasser

Platin hat einen neuen „Goldstandard“ im Schmuckbereich gesetzt und soll nun auch die Wasserqualität verbessern.

Da die Abwasserbehandlung zur Wiederverwendung als Trinkwasser zu einer praktikablen und beliebten Option zur Behandlung von Wasserknappheit geworden ist, was sind die schädlichen Nebenprodukte der Behandlung und wie können sie beseitigt werden? Eine Gruppe dieser Chemikalien, Aldehyde, ist bekanntermaßen bei der Verarbeitung fest. USC-Forscher sagen, dass Aldehyde, die für Menschen giftig sind, die Liste der regulierten Nebenprodukte in den kommenden Wiederverwendungsvorschriften anführen werden und nachhaltige Wege erfordern, sie aus unserem Trinkwasser zu entfernen.

In einem Fachmagazin Umweltwissenschaft und -technik In der veröffentlichten Studie verwendeten Forscher des University of Southern California College of Engineering Platincitrat, um selbst hartnäckige Giftstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Platin, das gleiche Metall, das in Katalysatoren zur Entfernung von Luftschadstoffen in Autoabgasen verwendet wird, kann laut Dan McCurry, Assistenzprofessor für Bau- und Umweltingenieurwesen, als Katalysator wirken und die Oxidation beschleunigen, um einst giftige Aldehyde in harmlose umzuwandeln Carbonsäuren. .

Wenn Abwasser recycelt wird, ist das resultierende Wasser laut McCurry „sehr rein, aber nicht 100 % rein. Eine Spurenmenge an organischem Kohlenstoff ist immer noch nachweisbar, und Kohlenstoffatome können an hochgiftige oder völlig harmlose Moleküle gebunden sein.“ Dies habe die Menschen jahrelang verwirrt, sagte er, zum großen Teil, weil Kohlenstoff viele Behandlungsschichten und Barrieren passieren kann.

Eine Studie unter der Leitung des Forschers David Sedlack von der UC Berkeley ergab, dass „ein Drittel bis die Hälfte“ dieser Moleküle in Form von Aldehyden vorliegen, sagte McCurry. Aldehyde sind chemische Verbindungen, die durch ein Kohlenstoffatom gekennzeichnet sind, das eine Doppelbindung mit einem Sauerstoffatom, eine Bindung mit einem Wasserstoffatom und eine Bindung mit einem anderen Atom oder einer anderen Atomgruppe aufweist. Außerdem sind sie für den Menschen in der Regel giftig, was bedeutet, dass ihr langfristiger Konsum zu einer Reihe von chronischen und lebensbedrohlichen Krankheiten führen kann, einschließlich Krebs.

Laut McCurry ist die katalytische Oxidation organischer Schadstoffe in Wasser ohne Elektrochemie und Zugabe von elektronenaufnehmenden Oxidationsmitteln oder Photochemie noch nicht nachhaltig nachgewiesen. bis jetzt.

Eine Lösung für ein bevorstehendes Problem

McCurry erinnerte sich, dass er in einem Kurs über organische Chemie, den er an der Stanford University unterrichtete, etwas über Oxidationsmittel für die Synthese von Molekülen gelernt hatte. “Der Dozent studierte eine Liste von Oxidationsmitteln, die von Industriechemikern verwendet werden, und Platinkatalysatoren fielen mir ins Auge. Es ist nicht nur eines der wenigen ungiftigen Oxidationsmittel, sondern kann auch den Sauerstoff im Wasser nutzen, um … … katalysiert die Reaktion dynamisch (ohne Einsatz von Mikroben).

„Ich fand das wirklich aufregend, denn eines der frustrierenden Dinge bei der Wasseraufbereitung war schon immer, dass Wasser voller Sauerstoff ist, der nicht wirklich etwas bewirkt“, sagte McCurry.

Laut McCurry enthält Wasser etwa acht Milligramm gelösten Sauerstoff pro Liter. Obwohl Sauerstoff ein starkes Oxidationsmittel ist, ist die Reaktion aus thermodynamischer Sicht langsam, sagt McCurry. Mit Platin beschleunigt sich der Prozess. Eine Zeit lang verwendeten McCurry und sein Forschungsteam Platin, um mehrere Medikamente zu oxidieren, die sie ausprobieren wollten.

“Wir wussten, dass wir bestimmte Dinge oxidieren können, aber wir hatten keine klare Anwendung für diesen Katalysator”, sagt McCurry. Am Ende hofften sie, eine effektive Anwendung für ihre Arbeit zu finden. Nach einem Jahr des Experimentierens kam er schließlich auf die Idee, als er mit dem Fahrrad vom Campus der Stanford University nach Hause fuhr. “Was wäre, wenn wir Platin in der Wasseraufbereitung verwenden könnten, um Schadstoffe zu oxidieren”, sagte er. „Da Sauerstoff bereits im Wasser ist, käme dies einer chemiefreien Oxidation am nächsten.

McCurry räumt ein, dass Platin teuer ist, stellt aber auch fest, dass die Kosten relativ sind, wie der Katalysator eines Autos. „Ihr Auto enthält wahrscheinlich zwischen 1 und 10 Gramm Platin”, sagte McCurry. „Die Menge ist nicht trivial. Wenn es billig genug ist, um einen Honda Civic einzubauen, ist es wahrscheinlich billig genug, um ein Wasseraufbereitungssystem einzubauen .”

Laut McCurry ist dieser Durchbruch für die meisten bestehenden Wasserwiederverwendungsanlagen nicht relevant, von denen viele die „indirekte Wiederverwendung von Trinkwasser“ bevorzugen. Dabei wird Wasser zurück in den Boden gepumpt, nachdem alle Wasseraufbereitungs- und Recyclingprozesse abgeschlossen sind, wodurch im Wesentlichen neues Grundwasser entsteht. „Sobald die Aldehyde im Boden sind, werden sie wahrscheinlich von einer Mikrobe gefressen und das Wasser wird auf diese Weise gereinigt“, sagte er.

„Dies ist ein geschlossener Wasserkreislauf, bei dem Wasser von der Aufbereitungsanlage zur Wiederverwendungsanlage und dann entweder zur Trinkwasseraufbereitungsanlage oder direkt zum Haus- und Gewerbeverteilungssystem geleitet wird.

In diesen Fällen, so McCurry, könnten Aldehyde die Verbraucher erreichen. Obwohl es derzeit nicht reguliert ist, vermutet McCurry, dass das Vorhandensein von Aldehyden in wiederverwendetem Abwasser bald die Aufmerksamkeit der Behörden auf sich ziehen wird. „Wir wussten nicht, dass wir eine Lösung für dieses Problem haben, aber wir wissen jetzt, dass dieser Katalysator, den wir zur Oxidation versehentlicher Arzneimittel verwendet haben, auch hervorragend bei der Oxidation von Aldehyden funktioniert – und das wird er.“ Die direkte Wiederverwendung von Trinkwasser erfüllt zukünftige behördliche Vorgaben und Sicherheitsstandards.“

Das Team führte das erste Experiment mit Platin in Batch-Reaktoren mit wenigen Litern Wasser durch. Die Experimente waren erfolgreich, aber McCurry sagt, dass die Massenproduktion mehr Forschung erfordern wird, um festzustellen, wie lange der Katalysator aktiv bleibt. Das Team untersucht auch, wie der Katalysator regeneriert werden kann. Laut McCurry ist es auch wichtig, das System mit schmutzigem Wasser zu testen, da dies den Katalysator verderben und ihn weniger effektiv machen kann.

McCurry sagte, das Verfahren, das das Team zum Patent angemeldet hat, soll nachhaltiger sein als alternative Methoden, die möglicherweise den Einsatz zusätzlicher Chemikalien und Energie erfordern.

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