Катализатор удаляет нитраты из воды

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №3)

pic_2018_03_10-2.jpg

Схема работы нового катализатора, который успешно борется с нитратами

Химики из американского Университета Райса разработали катализатор, который очищает питьевую воду от нитратов, превращая их в смесь азота и кислорода («ACS Catalysis», 2018,8, 1, 503—515, doi: 10.1021/acscatal.7b01371).

Сегодня главный источник нитратов в воде — сельское хозяйство. Посевы растений усваивают не все азотные удобрения (и синтетические, и органические), а поскольку нитраты хорошо растворяются, они попадают с грунтовыми водами в водоемы. Это опасно и для окружающей среды, и для здоровья человека. Содержание и нитратов, и нитритов в воде во всех странах регулируется на законодательном уровне. По нормам СанПиН РФ предельно допустимая концентрация в воде для нитратов — 50,0 мг/л. Если ПДК превышает допустимые значения, нитраты стараются удалить из воды с помощью ионообменных фильтров. Проблема в том, что регенерацию таких фильтров проводят, промывая их раз в несколько месяцев водой, а промывные воды опять возвращают в окружающую среду, при этом концентрация нитратов в них, понятно, становится выше, чем в той воде, которую очищали.

Лаборатория Майкла Вонга разрабатывает эффективные катализаторы на основе наночастиц металлов. Ранее Вонг с коллегами продемонстрировал, что наночастицы золота, легированные атомами палладия, ускоряют разрушение нитрит-ионов. Нитриты (NO2) — это продукты восстановления нитратов (NO3), но они более токсичны, чем нитраты (их ПДК по СанПиН — 0,5 мг/л). Наночастицы золото-палладия оказались бесполезными для разрушения нитратов, поэтому исследователи решили протестировать палладиевые наночастицы, легированные индием. Оказалось, что они вполне способны справиться с каталитическим восстановлением нитратов, только для этого необходимо пропускать через воду водород. Наибольшую каталитическую активность проявили частицы, в которых до 40% поверхности палладиевой сферы было покрыто атомами индия, — их эффективность на 50% превышала все описанные в литературе примеры катализаторов.

Химики из Университета Райса вместе с Джеффри Миллером из Университета Пердью и Ларсом Грэбоу из Университета Хьюстона изучили механизм новой каталитической реакции. Результаты исследования позволили сделать вывод: в тандеме палладий — индий непосредственно отвечает за разрушение нитратов индий, а палладий помогает ему восстанавливаться. В процессе реакции индий окисляется, а когда через раствор пропускают ток водорода, палладий способствует переносу кислорода с индия на водород — при этом образуется вода, а индий регенерируется и снова способен взаимодействовать с нитратами.

В настоящее время Вонг ведет переговоры с представителями промышленности, надеясь в скором времени запустить экспериментальную каталитическую систему на настоящей станции водоочистки.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 3/2018) на с. 10 — 11.

Разные разности

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>