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催化剂将硝酸盐转化为水和空气
来源:网络 | 作者:chemical-1031735 | 发布时间: 2295天前 | 1125 次浏览 | 分享到:
“硝酸盐主要来自农业径流，这影响到世界各地的农业群落。”该研究的**科学家、水稻化学工程师Michael Wong说，“硝酸盐既是环境问题，也是健康问题，因为它们是有毒的。有一些离子交换过滤器可以将它们从水中移除，但这些过滤器每隔几个月就需要冲洗一次。当这种情况发生时，冲洗过的水就会将集中的硝酸盐返回到水供应系统中。”
    Rice University's Nanotechnology Enabled Water Treatment (NEWT) Center的工程师们发现了一种催化剂，它通过将饮用水转化为空气和水来净化饮用水中的有毒硝酸盐。
    这项研究已经在美国化学学会期刊《ACS Catalysis》上发表。
    “硝酸盐主要来自农业径流，这影响到世界各地的农业群落。”该研究的**科学家、水稻化学工程师Michael Wong说，“硝酸盐既是环境问题，也是健康问题，因为它们是有毒的。有一些离子交换过滤器可以将它们从水中移除，但这些过滤器每隔几个月就需要冲洗一次。当这种情况发生时，冲洗过的水就会将集中的硝酸盐返回到水供应系统中。”
    Wong的实验室专门研发纳米级的催化剂，一种可以加速化学反应的亚微观金属。2013年，他的研究小组发现，点缀着少量钯的微小金球可以分解亚硝酸盐，而亚硝酸盐是硝酸盐中毒性较大的化学同族。
“硝酸盐是由一个氮原子和三个氧原子组成的分子。”Wong*解释说。“硝酸盐如果失去了氧气，就会变成亚硝酸盐，但亚硝酸盐的毒性比硝酸盐更大，所以你不会想要停止亚硝酸盐的使用。而且，硝酸盐是更普遍的问题。”
     他说:“较终，去除硝酸盐的较好方法是催化过程，把它们完全分解成氮气和氧气，或者我们的例子中的氮和水，因为我们加入了少量的氢。”“地球上75%以上的大气都是气态氮，所以我们真的把硝酸盐变成了空气和水。”
    硝酸盐对婴儿和孕妇是有毒的，也可能致癌。硝酸盐污染在农业群落中很常见，尤其是在美国的玉米带和加州的中央谷地，那里的肥料被大量使用。一些研究表明，由于土地使用模式的改变，硝酸盐污染正在上升。
    硝酸盐和亚硝酸盐都是由环境保护局规定的，它规定了安全饮用水的允许限度。在有污染的水井和湖泊的社区，这通常意味着用离子交换树脂对饮用水进行预处理，这种树脂可以捕捉和去除硝酸盐和亚硝酸盐，而不会破坏它们。
    在他们之前的研究中，Wong的团队知道金钯纳米粒子并不是较好分解硝酸盐的催化剂。Kim Heck说，对已发表的科学文献的搜索又发现了另一种可能性：铟和钯。
   “我们能够优化这个过程，因为我们发现用铟覆盖钯球表面的大约40%，给了我们较活跃的催化剂，”Heck说，“它比我们在之前发表的研究中发现的任何方法都要**50%。我们本可以就此打住，但我们真的很想了解为什么它更好，因此我们必须探索这种反应背后的化学反应。”
    在Purdue University的化学工程同事Jeffrey Miller和University of Houston的Lars Grabow的合作下，研究小组发现，铟加速了硝酸盐的分解，而钯则明显阻止铟不被**氧化。
    “铟喜欢被氧化。”赫克说，“从我们的现场研究中，我们发现将催化剂暴露在含有硝酸盐的溶液中会使铟氧化。但是当我们加入饱和氢的水时，钯就会促使其中的一些氧与氢结合形成水，这导致铟保持在还原状态，在这种状态下，它可以自由地分解更多的硝酸盐。”
     Wong说，他的团队将与工业合作伙伴以及其他研究人员合作，将这一过程转化为一种商业上可行的水处理系统。
   “这就是NEWT来的地方。”他说。“NEWT是关于获取基础科学发现并将它们部署到现实世界的环境中。这将是NEWT中的一个例子，我们已经了解了其中的化学原理，下一步是创建一个流系统，以证明该技术可以应用于现场的概念。”
    美国国家科学基金会(National Science Foundation)于2015年建立的了一个基于Rice的多机构工程研究中心，该中心致力于开发一种紧凑、可移动、离网的水处理系统，为数百万人提供清洁的水，使美国的能源生产更加可持续和具有成本效益。预计到2025年，NEWT将在联邦和工业方面提供4000多万美元的资金支持，主要用于慈善应急、农村供水系统和远程设施发污水处理和循环利用，包括陆上和海上石油和天然气勘探钻井平台。
    共同研究的其他作者包括:Sujin Guo、 Huifeng Qian 、Zhun Zhao，以及休斯敦大学的Sashank Kasiraju。这项研究由美国国家科学基金会、能源部和中国留学基金委资助。