Een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Catalysis Communications beschrijft een eenvoudige, efficiënte en duurzame aanpak voor de afbraak en kwantitatieve monitoring van een mengsel van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's), opkomende verontreinigende stoffen die verschillende ecosystemen verontreinigen als gevolg van lekkages van olie en andere fossiele brandstoffen en de onjuiste verwijdering van industrieel afval.

Opkomende verontreinigende stoffen zijn chemische verbindingen waarvan onlangs is vastgesteld dat ze schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid en het milieu, maar die niet regelmatig worden gecontroleerd en die niet kunnen worden verwijderd met conventionele afvalwaterzuiveringsmethoden. Voorbeelden hiervan zijn bisfenol (gebruikt in bepaalde soorten plastic), sommige pesticiden en stoffen die voorkomen in producten voor persoonlijke verzorging en medicijnen.

Bij het zoeken naar oplossingen voor dit probleem hebben onderzoekers in Brazilië verbonden aan de Federale Universiteit van São Carlos (UFSCar), de São Paulo State University (UNESP) en de Federale Universiteit van Paraíba (UFPB) een mengsel bereid met lage gehalten aan naftaleen, antraceen en dibenzothiofeen in oppervlaktewater, waardoor de natuurlijke omgeving wordt gesimuleerd.

Ze gebruikten excitatie-emissiematrix (EEM) fluorescentiespectroscopie als een hogere-orde analyse- en kalibratiemethode, gekoppeld aan parallelle factoranalyse voor gegevensverwerking, waarbij ze de spectrale componenten van het mengsel scheidden om elke verontreinigende stof te identificeren en te kwantificeren. zoals andere potentiële verbindingen die aanwezig zijn in natuurlijk water.

Dankzij deze methodologie kon elke analyse in minder dan twee minuten worden voltooid, zonder dat er enig residu ontstond of dat er duurdere en geavanceerdere technieken, zoals chromatografie, nodig waren.

Het mengsel werd vervolgens afgebroken met behulp van een fotochemisch systeem waarin een lamp werd geactiveerd door microgolfstraling. Het systeem brak in slechts een minuut tussen 88% en 100% van de organische verontreinigende stoffen af. Deze hoge prestaties werden geassocieerd met waterfotolyse die effectief hydroxylradicalen genereerde (oxiderende soorten die organische verontreinigende stoffen met hoge snelheid kunnen afbreken).

Volgens Kelvin C. Araújo, eerste auteur van het artikel en onderzoeker bij het Center for Development of Functional Materials (CDMF), een Research, Innovation and Dissemination Centre (RIDC) georganiseerd door UFSCar, was een van de hoogtepunten van het onderzoek de keuze van de PAK-monitoringsmethode. Chromatografie, de gebruikelijke methode, beperkt de vooruitgang in dit soort onderzoek in veel delen van de wereld omdat de apparatuur duur is en de techniek een meer geavanceerde training vereist, legde hij uit.

In deze studie gebruikten de onderzoekers een spectrofluorometer, die voor veel laboratoria goedkoper is. De analyse is tot vijf keer sneller dan bij chromatografie en er ontstaat geen residu na het proces. Bovendien merkte Araújo op dat er vraag was naar meer toegankelijke methoden door de groep, die al lang waterbehandeling bestudeert met behulp van chromatografie als belangrijkste analytische techniek.

Fotochemisch systeem

Een ander belangrijk aspect van het onderzoek was het gebruik van een door microgolven geactiveerd fotochemisch systeem om de PAK's af te breken. Volgens Ailton Moreira, momenteel onderzoeker aan het UNESP Institute of Chemistry in Araraquara en co-auteur van het artikel, is het efficiënt en snel afbreken van opkomende verontreinigende stoffen zonder het gebruik van katalysatoren een grote uitdaging.

"De uitdaging is zelfs nog groter als je werkt met mengsels van verontreinigende stoffen in natuurlijk water vanwege de vele potentiële remmers van het afbraakproces, maar het fotochemische systeem presteerde uitstekend", zei Moreira, eraan toevoegend dat hetzelfde systeem al effectief was gebleken. in onderzoeken naar de afbraak van landbouw- en farmaceutisch afval. Op basis van de bevindingen die in het artikel worden beschreven, zou het fotochemische systeem op veel grotere schaal kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld in afvalwaterzuiveringsinstallaties.

De auteurs bevestigen dat zowel de analytische methode als het degradatieproces de focus zullen zijn van toekomstige studies in verschillende projecten onder leiding van leden van de groep. Volgende stappen omvatten de toepassing van deze technologieën in een afvalwaterzuiveringsinstallatie in Gavião Peixoto, een stad in de staat São Paulo, om opkomende verontreinigende stoffen te monitoren en af ​​te breken.

Meer informatie: Kelvin C. Araújo et al, Snelle en efficiënte processen voor oxidatie en monitoring van polycyclische aromatische koolwaterstoffen in milieumatrices, Catalysecommunicatie (2023). DOI:10.1016/j.catcom.2023.106834

Geleverd door FAPESP