Платина установила новый «золотой стандарт» в ювелирном деле, и теперь она собирается повысить качество вашей воды.
По мере того, как очистка сточных вод для повторного использования в питьевых целях становится все более жизнеспособным и популярным вариантом решения проблемы нехватки воды, вопрос о том, какие вредные побочные продукты могут образовываться при очистке и как с ними бороться, приобретает все большую остроту. Известно, что одна группа этих химических веществ, альдегиды, упорно сохраняются при обработке. Ядовитые для человека альдегиды будут в верхней части списка регулируемых побочных продуктов в будущих правилах повторного использования, считают исследователи USC, и для их удаления из нашей питьевой воды потребуется устойчивая методология.
В исследовании, опубликованном в журнале « Environmental Science & Technology », исследователи Школы инженерии Университета Южной Калифорнии в Витерби представили платину для очистки сточных вод даже от самых стойких токсинов. Платина, тот же металл, который используется в каталитических нейтрализаторах для очистки выхлопных газов автомобилей от загрязнителей воздуха, может служить катализатором, сказал Дэн Маккарри, доцент кафедры гражданского и экологического строительства , ускоряя окисление для превращения некогда токсичных альдегидов в безвредные карбоновые кислоты.
По словам Маккарри, когда сточные воды перерабатываются, получаемая вода «очень чистая, но не на 100 процентов. Все еще можно обнаружить небольшое количество органического углерода, и эти атомы углерода могут быть связаны с молекулами, которые очень токсичны или совершенно невинны». По его словам, это годами озадачивало людей, особенно потому, что углерод способен преодолевать так много слоев обработки и барьеров.
Исследование, проведенное исследователем Калифорнийского университета в Беркли Дэвидом Седлаком, показало, что « от одной трети до половины » этих молекул присутствуют в форме альдегидов, сказал Маккарри. Альдегиды представляют собой химические соединения , характеризующиеся атомом углерода, имеющим двойную связь с атомом кислорода , одинарную связь с атомом водорода и одинарную связь с другим атомом или группой атомов. Они также обычно токсичны для человека, а это означает, что их длительное употребление может привести к различным хроническим и опасным для жизни заболеваниям, таким как рак.
По словам МакКарри, каталитическое окисление органических загрязнителей в воде без электрохимии, добавления электроноакцепторных окислителей или фотохимии на сегодняшний день не доказано. До нынешнего момента.
Решение предстоящей проблемы
Маккарри вспомнил, что узнал об окислителях, используемых для синтеза молекул, на курсе органической химии, который он посещал, когда был аспирантом Стэнфордского университета. «ТА просматривал список окислителей, используемых химиками-синтетиками, и мое внимание привлекли платиновые катализаторы. Мало того, что это один из немногих нетоксичных окислителей, он также может использовать кислород в воде для абиотического катализа реакции ( без использования микробов)».
«Это было очень интересно для меня, — сказал Маккарри, — потому что при очистке воды всегда было неприятно, что вода полна кислорода, но на самом деле ничего не делает».
По словам Маккарри, в воде содержится около восьми миллиграммов растворенного кислорода на литр. По словам Маккарри, хотя с термодинамической точки зрения это мощный окислитель, реакция протекает медленно. С платиной процесс ускоряется. Некоторое время Маккарри и его команда исследователей использовали платину для окисления различных фармацевтических препаратов в качестве эксперимента.
«Мы знали, что можем окислять определенные вещества, но у нас не было четкого представления о применении этого катализатора», — сказал Маккарри. В конечном счете, они надеялись найти эффективное применение своей работе. В конце концов, после года экспериментов, эта идея пришла ему в голову, когда он ехал на велосипеде домой из кампуса Стэнфорда. «Что, если бы мы могли использовать платину в очистке воды для окисления загрязняющих веществ?» он сказал. «Это произойдет практически бесплатно, а поскольку кислород уже находится в воде, это самое близкое к безхимическому окислению».
Маккарри признает, что платина дорогая, но также отмечает, что стоимость, как и для автомобильного каталитического нейтрализатора, относительна. «В вашем автомобиле, вероятно, содержится от одного до 10 граммов платины. Количество не является тривиальным. Если это достаточно дешево, чтобы установить Honda Civic, это, вероятно, достаточно дешево, чтобы установить водоочистную станцию », — сказал Маккарри.
Прорыв, по словам Маккарри, не так актуален для большинства существующих заводов по повторному использованию воды, поскольку многие из них отдают предпочтение «непрямому повторному использованию питьевой воды». Именно здесь после завершения всех процессов очистки и рециркуляции вода закачивается обратно в землю, так что они, по сути, создают новые подземные воды. «Как только они окажутся в земле, вполне вероятно, что какой-нибудь микроб съест альдегиды, и таким образом вода будет очищена», — сказал он.
«Но все больше и больше людей говорят о прямом повторном использовании питьевой воды, — сказал он, — где речь идет о замкнутом контуре водоснабжения, в котором вода поступает от станции очистки сточных вод на установку повторного использования, а затем либо на станцию питьевой воды, либо непосредственно в воду». систему распределения в дома и на предприятия».
По словам Маккарри, в этих случаях альдегиды потенциально могут попасть к потребителям. Хотя в настоящее время они не регулируются, Маккарри подозревает, что присутствие альдегидов в переработанных сточных водах вскоре привлечет внимание регулирующих органов. «Это проблема, которую мы не понимали, у нас есть решение, но теперь мы знаем, что этот катализатор, который мы использовали для окисления случайных фармацевтических препаратов для развлечения, отлично работает для окисления альдегидов и позволит напрямую повторно использовать питьевую воду. чтобы соответствовать будущим нормативным требованиям и стандартам безопасности», — сказал он.
Команда провела предварительный эксперимент с использованием платины в реакторах периодического действия на нескольких галлонах воды. Эксперименты прошли успешно, но Маккарри говорит, что для того, чтобы это заработало на уровне массового производства, необходимо провести дополнительные исследования относительно того, как долго катализатор остается активным. Команда также изучает способы потенциальной регенерации катализатора. Маккарри говорит, что также будет важно протестировать систему с более грязной водой , которая может загрязнить катализатор и сделать его менее эффективным.
По словам Маккарри, процесс, на который у команды есть заявка на патент, будет выглядеть более устойчивым, чем альтернативные методы, которые могут потребовать введения дополнительных химикатов и энергии.
