诸如类固醇激素之类的微量污染物即使在极少量的情况下也污染了全世界的饮用水,对人类健康和环境构成了重大威胁。迄今为止,一直缺乏易于扩展的水处理技术来有效,可持续地去除它们。
卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家们开发了一种新的化学方法来去除激素。它利用了光催化的机制,并将污染物转化为潜在安全的氧化产物。该小组在科学期刊《应用催化B:环境》中对此进行了报道。
药物,农药和激素等有机污染物(即使在纳米级浓度下)也以对人类,动物和环境构成重大风险的方式污染了饮用水。尤其是,类固醇激素雌酮,雌二醇,孕酮和睾丸激素可对人类和野生生物造成生物损害。
因此,欧洲联盟为安全和清洁的饮用水设定了严格的最低质量标准,在水处理新技术的开发中也必须考虑到这一点。KIT先进膜技术研究所(IAMT)负责人Andrea IrisSchäfer教授说:“科学面临的挑战是开发针对激素分子的更灵敏方法。主要问题是类固醇激素很难在水中检测到。专家解释说:“每五百亿个水分子中只有一个激素分子。这是一个非常低的浓度。”
使用常规的水处理技术,废水处理厂既不能发现也不能去除微量污染物。因此,IAMT和KIT微结构技术研究所(IMT)的研究人员正在研究新的方法,这些方法不仅可以检测和测量微污染物,还可以将其去除。一种新的光催化方法被证明是有前途的。
科学家用Pd(II)-卟啉(一种含钯的光敏分子,可以吸收可见辐射)涂覆可商购的大孔聚合物膜。暴露于模拟阳光下的辐射会引发化学过程,该过程会产生所谓的单重态氧,即一种高反应性的氧。
单线态氧特别“攻击”激素分子,并将其转化为潜在安全的氧化产物。
我们必须在每个孔的表面涂上光敏剂分子,以增加侵蚀的表面积,这一点至关重要。”
Roman Lyubimenko,先进膜技术和KIT微结构技术研究所科学家
雌二醇浓度显着降低
类固醇激素的化学分解和其他微污染物的过滤可以在一个模块中实现。通过此过程,一小时内每平方米膜可过滤60至600升水。科学家们能够将雌二醇(最具生物活性的类固醇激素)的浓度从每升100纳克降低到2纳克,降低98%。
Schäfer强调说:“这意味着我们已经非常接近每升1纳克的目标值。” 研究团队的下一个目标是进一步优化光催化过程并将其转移到更大的规模。尚待解决的问题是找出需要多少光强度和多少卟啉,以及铂族金属中昂贵的钯是否可以被其他金属替代。