En artikel publicerad i tidskriften Catalysis Communications beskriver ett enkelt, effektivt och hållbart tillvägagångssätt för nedbrytning och kvantitativ övervakning av en blandning av polycykliska aromatiska kolväten (PAH), nya föroreningar som förorenar olika ekosystem, på grund av olja och andra fossila bränslen och felaktigt omhändertagande av industriavfall.
Nya föroreningar är kemiska föreningar som nyligen har identifierats som skadliga för människors hälsa och miljön, men som inte övervakas regelbundet och inte kan avlägsnas med konventionella metoder för rening av avloppsvatten. Exempel inkluderar bisfenol (används i vissa typer av plast), vissa bekämpningsmedel och ämnen som finns i personliga hygienprodukter och mediciner.
I jakten på lösningar på detta problem beredde forskare i Brasilien knutna till Federal University of São Carlos (UFSCar), São Paulo State University (UNESP) och Federal University of Paraíba (UFPB) en blandning innehållande låga nivåer av naftalen, antracen och dibensotiofen i ytvatten, som simulerar den naturliga miljön.
De använde excitation-emission matris (EEM) fluorescensspektroskopi som en högre ordningens metod för analys och kalibrering i kombination med parallellfaktoranalys för databehandling, varvid de separerade spektralkomponenterna i blandningen för att identifiera och kvantifiera varje förorening, liksom som andra potentiella föreningar som finns i naturligt vatten.
Denna metod gjorde det möjligt för varje analys att slutföras på mindre än två minuter, utan produktion av några rester eller behov av mer kostsamma och sofistikerade tekniker, såsom kromatografi.
Blandningen bröts sedan ned med hjälp av ett fotokemiskt system i vilket en lampa aktiverades av mikrovågsstrålning. Systemet bröt ner mellan 88 % och 100 % av de organiska föroreningarna på bara en minut. Denna höga prestanda var förknippad med vattenfotolys som effektivt genererade hydroxylradikaler (oxiderande arter som kan bryta ned organiska föroreningar med hög hastighet).
Enligt Kelvin C. Araújo, första författare till artikeln och en forskare vid Center for Development of Functional Materials (CDMF), ett forsknings-, innovations- och spridningscenter (RIDC) som UFSCar är värd för, var en av höjdpunkterna i studien val av PAH-övervakningsmetod. Kromatografi, den vanliga metoden, begränsar framsteg i denna typ av forskning i många delar av världen eftersom utrustningen är dyr och tekniken kräver mer sofistikerad träning, förklarade han.
I den här studien använde forskarna en spektrofluorometer, som är mer överkomlig för många laboratorier. Analysen är upp till fem gånger snabbare än vid kromatografi, och ingen rest bildas efter processen. Dessutom, noterade Araújo, upptäcktes efterfrågan på mer tillgängliga metoder av gruppen, som länge har studerat vattenbehandling med hjälp av kromatografi som sin huvudsakliga analysteknik.
En annan viktig aspekt av studien var användningen av ett mikrovågsaktiverat fotokemiskt system för att bryta ned PAH. Enligt Ailton Moreira, för närvarande forskare vid UNESP Institute of Chemistry i Araraquara och medförfattare till artikeln, är det en stor utmaning att effektivt och snabbt bryta ned nya föroreningar utan användning av katalysatorer.
"Utmaningen är ännu mer skrämmande när du arbetar med blandningar av föroreningar i naturligt vatten på grund av de många potentiella hämmarna av nedbrytningsprocessen, men det fotokemiska systemet fungerade enastående," sa Moreira och tillade att samma system redan hade visat sig effektivt i studier som involverar nedbrytning av jordbruks- och läkemedelsavfall. Baserat på de resultat som beskrivs i artikeln skulle det fotokemiska systemet kunna användas i mycket större skala – till exempel i avloppsreningsverk.
Författarna bekräftar att både den analytiska metoden och nedbrytningsprocessen kommer att stå i fokus för framtida studier i olika projekt som leds av medlemmar i gruppen. Nästa steg kommer att inkludera tillämpning av dessa tekniker vid ett reningsverk för avloppsvatten i Gavião Peixoto, en stad i delstaten São Paulo, för att övervaka och bryta ned nya föroreningar.
Mer information: Kelvin C. Araújo et al, Snabba och effektiva processer för oxidation och övervakning av polycykliska aromatiska kolväten i miljömatriser, Catalysis Communications (2023). DOI:10.1016/j.catcom.2023.106834
Tillhandahålls av FAPESP
