Forscher erzielen vielversprechende Ergebnisse bei der Kontrolle von Schadstoffen im Wasser

Brasilianische Wissenschaftler testeten eine einfache und nachhaltige Methode zur Überwachung und zum Abbau eines Gemischs aus polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, die in fossilen Brennstoffen und Industrieabfällen vorkommen

28.03.2024
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Ein in der Zeitschrift Catalysis Communications veröffentlichter Artikel beschreibt ein einfaches, effizientes und nachhaltiges Verfahren zum Abbau und zur quantitativen Überwachung eines Gemischs polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK), neu auftretender Schadstoffe, die verschiedene Ökosysteme durch die Verschmutzung durch Öl und andere fossile Brennstoffe sowie durch die unsachgemäße Entsorgung von Industrieabfällen kontaminieren.

CDMF

Das Schadstoffgemisch wurde mit Hilfe eines photochemischen Systems abgebaut, bei dem eine Lichtquelle durch Mikrowellenstrahlung aktiviert wird.

Neu auftretende Schadstoffe sind chemische Verbindungen, die vor kurzem als schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt identifiziert wurden, aber nicht regelmäßig überwacht werden und durch herkömmliche Abwasserbehandlungsmethoden nicht entfernt werden können. Beispiele hierfür sind Bisphenol (das in bestimmten Kunststoffen verwendet wird), einige Pestizide und Substanzen, die in Körperpflegeprodukten und Medikamenten enthalten sind.

Auf der Suche nach Lösungen für dieses Problem haben brasilianische Forscher der Bundesuniversität von São Carlos (UFSCar), der Staatlichen Universität von São Paulo (UNESP) und der Bundesuniversität von Paraíba (UFPB) ein Gemisch mit geringen Mengen an Naphthalin, Anthracen und Dibenzothiophen in Oberflächenwasser hergestellt, das die natürliche Umgebung simuliert. Sie verwendeten die Anregungs-Emissions-Matrix-Fluoreszenzspektroskopie (EEM) als Analyse- und Kalibrierungsmethode höherer Ordnung in Verbindung mit einer parallelen Faktorenanalyse für die Datenverarbeitung, wobei sie die spektralen Komponenten des Gemischs trennten, um jeden Schadstoff sowie andere potenzielle Verbindungen, die im natürlichen Wasser vorhanden sind, zu identifizieren und zu quantifizieren.

Mit dieser Methode konnte jede Analyse in weniger als zwei Minuten durchgeführt werden, ohne dass Rückstände entstanden oder kostspieligere und kompliziertere Techniken wie die Chromatographie erforderlich waren.

Die Mischung wurde dann mit einem photochemischen System abgebaut, bei dem eine Lampe durch Mikrowellenstrahlung aktiviert wird. Das System baute zwischen 88 % und 100 % der organischen Schadstoffe in nur einer Minute ab. Diese hohe Leistung wurde mit der Photolyse von Wasser in Verbindung gebracht, die effektiv Hydroxylradikale (oxidierende Spezies, die organische Schadstoffe mit hoher Geschwindigkeit abbauen können) erzeugte.

Laut Kelvin C. Araújo, Erstautor des Artikels und Forscher am Zentrum für die Entwicklung funktioneller Materialien (CDMF), einem von der FAPESP finanzierten und bei der UFSCar angesiedelten Forschungs-, Innovations- und Verbreitungszentrum (RIDC), war einer der Höhepunkte der Studie die Wahl der PAK-Überwachungsmethode. Die Chromatographie, die übliche Methode, schränkt den Fortschritt in dieser Art von Forschung in vielen Teilen der Welt ein, da die Ausrüstung teuer ist und die Technik eine anspruchsvolle Ausbildung erfordert, erklärte er.

In dieser Studie verwendeten die Forscher ein Spektrofluorometer, das für viele Labors erschwinglicher ist. Die Analyse ist bis zu fünfmal schneller als bei der Chromatographie, und nach dem Verfahren entstehen keine Rückstände. Außerdem, so Araújo, wurde die Nachfrage nach leichter zugänglichen Methoden von der Gruppe erkannt, die seit langem die Wasseraufbereitung unter Verwendung der Chromatographie als Hauptanalysetechnik untersucht.

Photochemisches System

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Studie war die Verwendung eines mikrowellenaktivierten photochemischen Systems zum Abbau der PAK. Laut Ailton Moreira, derzeit Forscher am Institut für Chemie der UNESP in Araraquara und Mitautor des Artikels, ist der effiziente und schnelle Abbau von neuen Schadstoffen ohne den Einsatz von Katalysatoren eine große Herausforderung.

"Die Herausforderung ist sogar noch größer, wenn man mit Schadstoffgemischen in natürlichem Wasser arbeitet, weil es viele potenzielle Hemmstoffe für den Abbauprozess gibt, aber das photochemische System hat hervorragend funktioniert", sagte Moreira und fügte hinzu, dass sich dasselbe System bereits in Studien zum Abbau von landwirtschaftlichen und pharmazeutischen Abfällen bewährt hat. Auf der Grundlage der in dem Artikel beschriebenen Ergebnisse könnte das photochemische System in weit größerem Maßstab eingesetzt werden - beispielsweise in Kläranlagen.

Die Autoren bestätigen, dass sowohl die Analysemethode als auch der Abbauprozess im Mittelpunkt künftiger Studien in verschiedenen Projekten stehen werden, die von Mitgliedern der Gruppe geleitet werden. Zu den nächsten Schritten gehört die Anwendung dieser Technologien in einer Kläranlage in Gavião Peixoto, einer Stadt im Bundesstaat São Paulo, um neu auftretende Schadstoffe zu überwachen und abzubauen.

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