Een manier om schadelijk nitraat uit drinkwater te verwijderen, is door de omzetting ervan in stikstof te katalyseren. Deze werkwijze heeft het nadeel dat er vaak ammoniak ontstaat. Door palladium-nanodeeltjes als katalysator te gebruiken, en door hun grootte zorgvuldig te controleren, dit nadeel kan gedeeltelijk worden weggenomen. Onderzoek van Yingnan Zhao van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente leidde tot deze ontdekking.

Door het overmatig gebruik van kunstmest, ons grondwater is verontreinigd met nitraten, die een probleem vormen als ze in de waterleiding terechtkomen. De niveaus zijn de afgelopen jaren aanzienlijk gedaald, als gevolg van verschillende Europese richtlijnen. In aanvulling, in verschillende Nederlandse natuurgebieden is begin januari het programma Integrale Stikstofaanpak gelanceerd. Het probleem bij de bron aanpakken is één ding, maar het zal nog steeds nodig zijn om de leidingwatervoorziening te behandelen. Hoewel dit kan worden bereikt door biologische omzetting (met behulp van bacteriën om het nitraat om te zetten in stikstofgas), dit is een langzaam proces. Het gebruik van palladium om de omzetting van nitraat naar stikstof te katalyseren, versnelt het proces enorm. Echter, deze reactie heeft het nadeel dat er een schadelijk bijproduct ontstaat:ammoniak.

Blootgesteld oppervlak

De hoeveelheid geproduceerde ammoniak lijkt af te hangen van de methode die gebruikt is om het palladium te bereiden en van de fysieke structuur van de katalysator. Yingnan Zhao besloot colloïdale palladiumdeeltjes van nanometerformaat te gebruiken, omdat hun afmetingen gemakkelijk kunnen worden gecontroleerd. Deze deeltjes zitten vast aan een oppervlak, zodat ze niet in het leidingwater terecht komen. Echter, het is belangrijk om te voorkomen dat ze aan elkaar gaan klonteren, daarom worden stabilisatoren zoals polyvinylalcohol toegevoegd. Helaas, deze stabilisatoren hebben de neiging om het oppervlak van de palladiumdeeltjes af te schermen, wat hun effectiviteit als katalysator vermindert. Door aanvullende behandelingen in te voeren, Yingnan Zhao is erin geslaagd het katalytische oppervlak weer volledig bloot te leggen of gecontroleerd te manipuleren. Dit heeft geleid tot palladium-nanodeeltjes die de omzetting naar stikstof kunnen katalyseren, terwijl er zeer weinig ammoniak wordt geproduceerd. Dit heeft geleid tot de verdere ontwikkeling van katalytische waterbehandeling (in compacte apparaten voor thuisgebruik, bijvoorbeeld) een stap dichterbij.

Yingnan Zhao, die uit Heze komt, Shandong, China, voerde zijn onderzoek uit in de groep Catalytic Processes and Materials van prof. Leon Lefferts. Hij verdedigde zijn proefschrift, met als titel "Colloidal Nanoparticles as Catalysts and Catalyst Precursors for Nitriet Hydrogenation" op donderdag 15 januari.