TOKSİK NİTRATLARI HAVAYA VE SUYA DÖNÜŞTÜREN KATALİZÖR
(Rice Üniversitesi'nin indiyum-paladyum nanopartikül katalizörleri, toksik molekülleri hava ve suya dönüştürerek nitratları içme suyundan temizler.)
Rice Üniversitesi'ndeki Nanoteknoloji Etkin Su Arıtımı (NEWT) Merkezi mühendisleri, toksik nitratları havaya ve suya dönüştürerek temizleyen bir katalizör buldu.
Rice Üniversitesi kimya mühendisi Michael Wong; ”Nitratlar ağırlıklı olarak dünyanın dört bir yanındaki tarım arazilerindeki nitratlı gübrelerinin yeraltı sularına karışmasıyla ortaya çıkar,” dedi. “Nitratlar hem çevresel hem de çok zehirli olduklarından sağlık açısından tehlikelidirler. Nitratları sudan alabilen iyon değiştirme filtreleri var, ancak bunları tekrar kullanmak için birkaç ayda bir yıkanması gerekiyor ve bu yapıldığında konsantre bir nitrat dozu su kaynağına tekrar aktarılmasına neden olur.”
Wong'un laboratuarı, kimyasal reaksiyonları hızlandıran nanopartikül bazlı katalizörlerin, alt mikroskobik metal parçaları geliştirilmesinde uzmanlaşmıştır. 2013'te grup, paladyum lekeleri bulunan küçük altın kürelerin, nitratların daha toksik kimyasal kuzenlerinden olan nitritleri parçalayabileceğini gösterdi.
Wong, "Nitratlar bir azot atomu ve üç oksijen atomu bulunan moleküllerdir" dedi. "Nitratlar bir oksijeni kaybederlerse nitrit haline gelir, ancak nitritler nitratlardan daha zehirlidir, bu nedenle nitrit'le uğraşmak istemezsiniz. Ayrıca, nitratlar daha yaygın bir sorundur.
"Son olarak, nitratları gidermenin en iyi yolu, onları azot ve oksijenle tamamen parçalayan katalitik bir işlemdir, ya da bizim durumumuzda, azot ve su, çünkü biraz hidrojen ekliyoruz" dedi. "Dünya atmosferinin yüzde 75'inden fazlası gaz halinde azottan oluşmaktadır, bu yüzden nitratları hava ve suya dönüştürüyoruz" dedi.
Nitratlar bebekler ve hamile kadınlar için toksiktirler ve kanserojen olabilirler. Nitrat kirliliği, özellikle gübrelerin yoğun olarak kullanıldığı ABD Corn Belt ve California'nın Central Valley'deki tarım topluluklarında yaygın olarak görülmektedir ve bazı çalışmalar, arazi kullanım modellerinin değişmesine bağlı olarak nitrat kirliliğinin arttığını göstermiştir.
Hem nitratlar hem de nitritler, güvenli içme suyu için izin verilen sınırları belirleyen Çevre Koruma Kurumu tarafından düzenlenir. Kirli kuyular ve göllere sahip bölgelerde, tipik olarak içme suyunu nitratları ve nitritleri yok etmeksizin yakalayan ve çıkaran iyon değişim mekanizmaları ile ön muamele etmektir.
Wong'un ekibi önceki çalışmalarından, altın-paladyum nanoparçacıklarının nitratları parçalamak için iyi bir katalizör olmadığını biliyordu. Wong'un laboratuvarında araştırma bilim adamı olan Kim-Heck'in ortak yazarı, yayınlanmış bir bilimsel literatürün araştırılmasının başka bir olasılık olduğunu söyledi: indiyum ve paladyum.
Heck, "Bunu optimize edebildik ve bir paladyum küresinin yaklaşık yüzde 40'ını indiyum ile kaplamanın en aktif katalizörü verdiğimizi bulduk" dedi. "Daha önce yayınlanmış olan çalışmalarda bulduğumuz her şeyden yüzde 50 daha etkiliydi,ama niçin daha iyi olduğunu anlamaya gerçekten ilgi duyuyorduk ve bunun için bu reaksiyonun ardındaki kimyayı keşfetmek zorundaydık. "
Purdue Üniversitesi'nden kimya mühendisliği meslekdaşları Jeffrey Miller ve Houston Üniversitesi'nden Lars Grabow'ın işbirliğiyle, Rice ekibi indiyumun nitratların parçalanmasını hızlandıracağını ve paladyumun indiyumun kalıcı olarak okside olmasını engellediğini buldu.
"İndiyum oksitlenmeyi seviyor," dedi Heck. "In situ çalışmalarımızdan katalizörlerin nitrat içeren solüsyonlara maruz bırakılmasının indiyumun oksitlenmesine neden olduğunu bulduk. Ancak hidrojene doymuş su ilave ettiğimizde, paladyum oksijenin bir kısmını hidrojen ile birleşerek su oluşturmasını sağladı ve bu indiyumun indirgenmiş bir halde kalmasına neden oldu ve burada daha fazla nitrat ayırmak serbest kaldı."
Wong, ekibinin bu işlemi ticari olarak uygulanabilir bir su arıtma sistemine dönüştürmek için endüstriyel ortaklar ve diğer araştırmacılar ile çalışacağını söyledi. "NEWT içeri giriyor" dedi. "NEWT, temel bilim bulguları edinmek ve bunları gerçek dünya koşullarında dağıtılmakla ilgili: Bu, NEWT'de anlaşılan kimyasalın yer aldığı bir örnek olacak ve bir sonraki adım, bir bilimsel araştırmanın kanıtını gösterecek bir akış sistemi oluşturmaktır.”
NEWT, Rice merkezli çok merkezli bir mühendislik araştırma merkezidir ve Milli Bilim Vakfı tarafından 2015 yılında milyonlarca insana temiz su sağlayacak ve ABD enerji üretimini daha fazla hale getirebilen kompakt, mobil, off-grid su arıtma sistemleri geliştirmek üzere kurulmuştur. sürdürülebilir ve düşük maliyetlidir.
Kaynak:Rice University
Çeviri: Celal DEMİRTAŞ
Yayınlama tarihi: 09.01.2018