是科学家如何解决困难的饮用水污染物呢?

存在一个巨大的各种各样的潜在来源水污染——从物理淤泥和沉淀物收集自然在河床,有害的微生物,人造的化学物质。

通常可以处理这些污染物通过相对简单的水处理技术,如过滤、煮沸和/或化学处理使水净化,消除任何潜在的有害物质。但对于一些污染物,这些普通的治疗是不够的。

正确地处理这些污染物更有弹性,科学家们不断开发新的,更有效的方法治疗水污染。运用最好的进步从材料科学,化学,物理,和环境科学,研究人员现在可以解决一些最复杂的挑战在管理饮用水污染。

处理弹性永远“化学物质”

每-和氟烷基物质(pfa)是这样的一个家庭的污染物尤其是治疗问题。

这些人造化学物质是第一次使用商业在1950年代和1940年代,他们的地方 水和oil-repelling属性 使他们的理想涂料不沾锅,清洁产品,食品包装。¹从那时起,pfa的使用慢慢拒绝的制造商意识到 相关的健康风险 ;pfa与生殖、发育,肝脏和肾脏,在各种动物实验免疫问题。²

尽管这减少使用,pfa化学品今天仍然主要饮用水污染的风险,和最近的研究表明他们的饮用水中流行比以前所认为的更高。³

删除“pfa在技术上不难从水,因为我们可以用吸附剂材料,如活性炭或离子交换树脂,通过吸附从水中移除它们,”Christopher销售解释说,博士,副教授德雷克塞尔大学环境工程。“然而,您创建一个受污染的吸附剂材料[这]包含了pfa,远离水。”

狼狈地降低“pfa很难“销售仍在继续。“fluoro-carbon债券在pfa很难打破,他们休息大量的能量和没有生物能够打破他们。”

这种极端稳定赢得了pfa类化合物的化学“永远”的绰号。由于这些化学物质不容易生物降解,pfa很容易溶解到地面和地表水的产品多年来一直坐在垃圾堆,这同样适用于pfa污染水过滤器。如果没有正确处理这些过滤器,他们可以成为一个额外的污染来源的风险。

德雷克塞尔大学销售和他的团队一直在调查这些pfa替代方法来处理。他们的最新作品发表在《华尔街日报》1月环境科学:水研究与技术⁴,描述了采用冷等离子体技术将这些强大fluoro-carbon债券,把pfa分解成更安全的化合物。

冷、非平衡等离子体技术使用的设备称为“滑动弧等离子管”来创建一个旋转电磁场,激发电子存在于气泡的水样本。这些高能电子开始在水中分解某些化学物种,和足够的能量可以开始发出紫外线辐射。这种辐射和高能电子的结合达到某一程度时,它能够有效地分割的强劲fluoro-carbon债券pfa的化合物。

德雷克塞尔大学在他们的研究中,研究人员能够去除90%以上的长链pfa化合物包括实验水样,和脱氟大约四分之一的化合物采用冷等离子体技术。这个过程也是非常节能,使用3至20倍更少的能量比同样体积的水烧开。

“冷等离子体技术的好处是,有证据表明,它能够狼狈地降低pfa安全的副产品——二氧化碳和氟化物,“销售解释道。“然而,还需要更多的研究来设计冷等离子体技术来有效地和有效地采集矿物pfa变成二氧化碳和氟化。”

研究人员还想调查方法的有效性在一个更大的规模,和试验方法是否也可以调整治疗PFAS-contaminated土壤。

纳米技术可以治疗pesticide-polluted水域?

另一个更新颖的方法,研究人员正在调查的饮用水处理工程纳米材料的使用。

专家教授Ali El Khakani,纳米材料研究所国家de la任职(inr),魁北克大学教授和他的印度卢比的同事Patrick Drogui电工学和水处理专家,一起被调查的使用新材料治疗农药污染水域。

在最近的一篇论文,发表在 今天的催化 ⁵ ,两位教授及其研究团队描述使用纳米tungsten-nitrogen codoped氧化钛光电极降解阿特拉津在水里。

阿特拉津是一种相对常见的除草剂广泛应用于玉米,甘蔗,和高粱粮食作物来控制杂草的生长,尽管现在已经被使用 限制在几个国家 。⁶一个 2018年评估 来自美国环境保护署发现,累积接触除草剂从食物,饮用水和其他住宅来源可以增加人类的生殖和发育问题的风险。⁷

pfa、阿特拉津也可以与传统的水处理化学品难以降解,所以研究人员inr试图找到一个更有效的选择。

他们最近的研究利用紫外/可见光驱动photoelectro-catalysis方法,或压电陶瓷,优化了阿特拉津。本质上,该方法使用两个光敏相反电荷的电极(光电极)。当暴露在光和一个电势时,自由基生成表面的光电极。这些激进分子能够与阿特拉津分子存在于水和降低他们很容易。

通过使用特制的纳米材料,科学家们能够最大化可用的光电极的活性表面积,进而允许大量的水被使用只有很小的光电极。

“使用压电陶瓷流程的主要好处之一是,我们不需要添加化学反应物的残留物对环境是有害的。就像解决一个问题,去除阿特拉津,通过创建另一个——释放其他化学物质在水环境中,最终,“El Khakani教授解释道。“codoped二氧化钛提供的另一个优势:W, N阳极吸收阳光,我们开发了是他们的能力是可用的和可再生。”

使用他们的特别适应压电陶瓷过程中,研究人员能够消除大约60%的阿特拉津在atrazine-spiked软化水的样本。当使用样品的水,最初只有8%的阿特拉津是成功地退化,但进一步凝结和过滤处理后上升到38 - 40%。

“治疗基本上是低效率的水相比,合成水样,因为许多其他物质存在的悬浮微粒,其他生化组件,等等,”厄尔Khakani解释道。“这种物质的存在有两个协同作用的不利影响:首先,阳极的悬浮物限制阳光吸收第二,其他碳氢化合物或化学物种的存在在原始样本可以毒二氧化钛的表面:W, N电极从而限制其全部光催化潜力。”

作者认为他们优化压电陶瓷过程可以有效的三级水处理,应用标准过滤和凝固后的步骤——也赶上阿特拉津,也许其他类似的新兴污染物。

引用

1. 罗德岛州卫生部的状态。pfa污染的水。检索:https://health.ri.gov/water/about/pfas/(最后访问:2020年3月19日)。
2. 美国环境保护署。(2018年12月6日)。在pfa的基本信息。检索:https://www.epa.gov/pfas/basic-information-pfas(最后访问:2020年3月19日)。
3. 埃文斯等。(2020年1月22日)。pfa饮用水的污染比先前报道的更为普遍。检索:https://www.ewg.org/research/national-pfas-testing/(最后访问:2020年3月19日)。
4. 刘易斯等。(2020)。快速降解水溶液的pfa反向涡流滑动弧等离子体。环绕。科学。:水资源抛光工艺》。DOI:https://doi.org/10.1039/C9EW01050E
5. Komtchou等。(2020)。使用sputtured沉积TiO Photo-electrocatalytic氧化阿特拉津₂:WN光电阳极在紫外/可见光。Catal。今天。DOI:https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.04.067
6. 世界卫生组织。(2003)。阿特拉津在饮用水。检索:https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/75363/WHO_SDE_WSH_03.04_32_eng.pdf(最后访问:2020年3月19日)。
7. 美国环境保护署。(2018年7月26日)。Chlorotriazines:累计风险评估——阿特拉津,扑灭津,西玛津。检索:https://www.regulations.gov/document?d=epa -总部- opp - 2013 - 0266 - 1160(最后访问:2020年3月19日)。