En studie publicerad i Chemical Engineering Journal beskriver en strategi för att producera ett material baserat på zinkoxid (ZnO) som kan bryta ner sertralin, ett antidepressivt medel som har upptäckts, liksom andra läkemedel, i grundvatten över hela världen och anses vara en ny förorening. Denna typ av ämnen har vissa fysikalisk-kemiska egenskaper som hindrar avlägsnande med konventionella metoder för avloppsvattenrening.
Forskningen utfördes i Brasilien av forskare vid Center for Development of Functional Materials (CDMF), Brazilian Agricultural Research Corporation (EMBRAPA), Federal University of Alfenas (UNIFIL) och Federal University of Paraíba (UFPB).
Strategin som beskrivs i artikeln involverade den experimentella designen och mikrovågsassisterad solvotermisk syntes (MASS) för att producera hierarkiska 3D ZnO-fotokatalysatorer som kan bryta ner sertralin med en högeffektiv nivå på bara tio minuter.
Forskarna använde principal komponentanalys (PCA), som hittills lite använts i materialsyntes, för att korrelera de fysikalisk-kemiska och fotokatalytiska egenskaperna hos materialen med de syntetiska förhållanden som undersökts. Resultaten visade att kemometriska verktyg ger utmärkta resultat vid studier av syntetiska system som genererar stora mängder experimentell data.
De prover med störst potential för miljösanering identifierades. Den fotokatalytiska aktiviteten hos 3D ZnO bröt effektivt ned ett organiskt färgämne och det framväxande föroreningsämnet sertralin i naturligt vatten. Resultaten bekräftade att 3D ZnO absorberade ljusenergi (ultraviolett A och C) för att främja effektiv vattenfotooxidation, vilket producerar oxiderande ämnen som bryter ned organiska föroreningar.
Nedbrytningsprestandan förblev hög i upp till fem appliceringscykler, bevarade kristallstruktur, morfologi och andra egenskaper, medan fytotoxicitetsanalyser visade att biprodukter som bildades i sertralinnedbrytningsprocessen inte var giftiga för de testade organismerna, vilket bekräftar fotokatalysatorns säkerhet för avloppsvatten behandling.
Studieresultaten var konkurrenskraftiga med andra material som rapporterats i litteraturen, vilket visar att materialen som erhållits under fördelaktiga syntetiska förhållanden erbjuder en verklig väg till utvecklingen av nya teknologier för miljösanering av nya föroreningar i naturligt vatten.
Enligt Ailton Moreira, en forskare vid CDMF och motsvarande författare till artikeln, orsakar felaktig kassering av läkemedel utbredd kontaminering, tillade han och noterade ämnets aktuella relevans i ljuset av riskerna för människors hälsa och miljön.
Valet av sertralin var betydande, förklarade han, eftersom antalet studier som involverar tillämpningen av heterogen fotokatalys för sertralinnedbrytning är mycket begränsat, och forskarnas genomgång av litteraturen fann ingen om användningen av ZnO för detta ändamål.
Nästa steg inkluderar analys av fotokatalysatorns prestanda i verkliga reningssystem för avloppsvatten för att se om den bryter ner sertralin och andra uppkommande föroreningar individuellt eller i mer komplexa blandningar såsom sjukhus eller hushållsavlopp som behandlas av reningsverk. Dessa och andra forskare planerar att fokusera på ett reningsverk i Gavião Peixoto i staten São Paulo.
Mer information: Thales E.M. Silva et al, Hierarkisk struktur av 3D ZnO experimentellt utformad för att uppnå hög prestanda vid sertralinfotokatalys i naturliga vatten, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.146235
Journalinformation: Chemical Engineering Journal
Tillhandahålls av FAPESP
