Forskare vid Rice Universitys Catalysis and Nanomaterials Laboratory har funnit att guld- och palladiumnanopartiklar snabbt kan bryta ner nitriter. Kredit:M.S. Wong/Rice University
Kemiingenjörer vid Rice University har hittat en ny katalysator som snabbt kan bryta ner nitriter, en vanlig och skadlig förorening i dricksvatten som ofta beror på överanvändning av jordbruksgödsel.
Nitriter och deras mer rikliga kusiner, nitrater, är oorganiska föreningar som ofta finns i både grundvatten och ytvatten. Föreningarna är en hälsofara, och Naturvårdsverket sätter strikta gränser för mängden nitrater och nitriter i dricksvattnet. Även om det är möjligt att ta bort nitrater och nitriter från vatten med filter och hartser, processen kan vara oöverkomligt dyr.
"Detta är ett stort problem, särskilt för jordbrukssamhällen, och det finns egentligen inga bra alternativ för att hantera det, sa Michael Wong, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid Rice och huvudforskaren i den nya studien. "Vår grupp har studerat konstruerade guld- och palladiumnanokatalysatorer i flera år. Vi har testat dessa mot klorerade lösningsmedel i nästan ett decennium, och när vi letade efter andra potentiella användningsområden för dessa snubblade vi på några studier om palladiumkatalysatorer som används för att behandla nitrater och nitriter; så vi bestämde oss för att göra en jämförelse."
Katalysatorer är matchmakers av den molekylära världen:De får andra föreningar att reagera med varandra, ofta genom att föra dem nära varandra, men katalysatorerna förbrukas inte av reaktionen.
I en ny tidning i tidningen Nanoskala , Wongs team visade att konstruerade nanopartiklar av guld och palladium var flera gånger effektivare för att bryta ner nitriter än någon tidigare studerad katalysator. Partiklarna, som uppfanns vid Wong's Catalysis and Nanomaterials Laboratory, består av en solid guldkärna som är delvis täckt med palladium.
Många områden i USA riskerar att förorena dricksvattnet med nitrater och nitriter på grund av överanvändning av jordbruksgödselmedel. Kredit:USGS
Under det senaste decenniet, Wongs team har funnit att dessa guld-palladiumkompositer har snabbare reaktionstider för att bryta ner klorerade föroreningar än någon annan kända katalysator. Han sa att detsamma visade sig vara sant för nitriter, av orsaker som fortfarande är okända.
"Det finns inget klor i dessa föreningar, så kemin är helt annorlunda, " Wong sa. "Det är ännu inte klart hur guld och palladium samverkar för att öka reaktionstiden i nitriter och varför reaktionseffektiviteten ökade när nanopartiklarna hade cirka 80 procent palladiumtäckning. Vi har flera hypoteser som vi testar nu. "
Han sa att guld-palladium nanokatalysatorer med den optimala formuleringen var cirka 15 gånger effektivare för att bryta ner nitriter än rena palladium nanokatalysatorer, och cirka 7 1/2 gånger effektivare än katalysatorer gjorda av palladium och aluminiumoxid.
Wong sa att han kan tänka sig att använda guld-palladium-katalysatorerna i en liten filtreringsenhet som kan fästas på en vattenkran, men bara om teamet hittar en liknande effektiv katalysator för att bryta ner nitrater, som är ännu rikligare föroreningar än nitriter.
"Nitrit bildas var du än har nitrater, som verkligen är roten till problemet, " sa Wong. "Vi studerar aktivt ett antal kandidater för att nedbryta nitrater nu, och vi har några positiva ledtrådar."
