In de eerste side-by-side tests van een half dozijn palladium- en ijzergebaseerde katalysatoren voor het opruimen van het kankerverwekkende TCE, Wetenschappers van Rice University hebben ontdekt dat palladium TCE veel sneller vernietigt dan ijzer - in sommige gevallen tot een miljard keer sneller.

De resultaten zullen verschijnen in een nieuwe studie in het augustusnummer van het tijdschrift Toegepaste Katalyse B:Milieu.

TCE, of trichlooretheen, is een veelgebruikte chemische ontvetter en oplosmiddel die zijn weg heeft gevonden naar grondwatervoorraden over de hele wereld. Het TCE-molecuul, die twee koolstofatomen en drie chlooratomen bevat, is zeer stabiel. Die stabiliteit is een zegen voor industriële gebruikers, maar het is een vloek voor milieu-ingenieurs.

"Het is moeilijk om die bindingen tussen chloor en koolstof te verbreken, " zei studie auteur Michael Wong, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering en scheikunde aan Rice. "Sommige banden verbreken, in plaats van alle koolstof-chloorbindingen te verbreken, is een enorm probleem met sommige TCE-behandelingsmethoden. Waarom? Omdat je bijproducten maakt die gevaarlijker zijn dan TCE, zoals vinylchloride.

"De populaire benaderingen zijn, dus, degenen die deze banden niet verbreken. In plaats daarvan, mensen gebruiken air-stripping of koolstofadsorptie om TCE fysiek uit verontreinigd grondwater te verwijderen, " zei Wong. "Deze methoden zijn eenvoudig te implementeren, maar zijn op de lange termijn duur. Dus, het verminderen van de kosten voor het opruimen van water stimuleert de interesse in nieuwe en mogelijk goedkopere methoden."

In de VS, TCE is te vinden op meer dan de helft van de verontreinigde afvallocaties op de Superfund National Priorities List van de Environmental Protection Agency. Alleen al op Amerikaanse militaire bases, het Pentagon heeft de kosten voor het verwijderen van TCE uit grondwater geschat op meer dan $ 5 miljard.

In de zoektocht naar nieuwe materialen die TCE kunnen afbreken tot niet-toxische componenten, onderzoekers hebben succes gevonden met puur ijzer en puur palladium. In het eerste geval, het metaal degradeert TCE als het corrodeert in water, hoewel soms vinylchloride wordt gevormd. In het laatste geval, het metaal werkt als een katalysator; het reageert niet met de TCE zelf, maar het stimuleert reacties die de lastige koolstof-chloorbindingen verbreken. Omdat ijzer aanzienlijk goedkoper is dan palladium en gemakkelijker te bewerken is, het wordt al in het veld gebruikt. Palladium, anderzijds, is nog beperkt tot veldproeven.

Wong leidde de ontwikkeling van een goud-palladium-nanodeeltjeskatalysatorbenadering voor TCE-sanering in 2005. Hij vond het moeilijk om de nieuwe technologie nauwkeurig te vergelijken met andere op ijzer en palladium gebaseerde saneringsschema's omdat er geen zij-aan-zij-tests waren gepubliceerd .

"Mensen wisten dat ijzer langzamer was dan palladium en palladium-goud, maar niemand wist kwantitatief hoeveel langzamer, " hij zei.

In de nieuwe studie een team met Wong en hoofdauteur Shujing Li, een voormalige Rice visiting scholar van Nankai University, China, voerde een reeks tests uit op verschillende formuleringen van ijzer- en palladiumkatalysatoren. De zes bevatten twee soorten ijzernanodeeltjes, twee soorten palladium-nanodeeltjes - waaronder het palladium-gouddeeltje van Wong - en poedervormen van ijzer en palladium-aluminiumoxide.

De onderzoekers maakten een oplossing van water dat verontreinigd was met TCE en testten elk van de zes katalysatoren om te zien hoe lang het duurde om 90 procent van de TCE in de oplossing af te breken. Dit duurde minder dan 15 minuten voor elk van de palladiumkatalysatoren en meer dan 25 uur voor de twee ijzernanodeeltjes. Voor het ijzerpoeder, het duurde meer dan 10 dagen.

"We wisten uit eerdere studies dat palladium sneller was, maar ik denk dat iedereen een beetje verbaasd was om te zien hoeveel sneller in deze zij-aan-zij tests, ' zei Li.

Wong zei dat de nieuwe resultaten nuttig zouden moeten zijn voor degenen die proberen de kosten te vergelijken van het uitvoeren van grootschalige tests voor katalytische sanering van TCE.