Микрозагрязнители, такие как стероидные гормоны, загрязняют питьевую воду во всем мире и представляют серьезную угрозу для здоровья человека и окружающей среды даже в самых малых количествах. До сих пор отсутствовали легко масштабируемые технологии очистки воды, которые эффективно и устойчиво удаляли бы их. Ученые из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали новый химический процесс удаления гормонов. Он использует механизмы фотокатализа и превращает загрязняющие вещества в потенциально безопасные продукты окисления. Об этом команда сообщает в научном журнале Applied Catalysis B: Environmental.
Органические загрязнители, такие как фармацевтические препараты, пестициды и гормоны, даже в наноразмерных концентрациях, загрязняют питьевую воду таким образом, что представляют значительный риск для людей, животных и окружающей среды. В частности, стероидные гормоны эстрон, эстрадиол, прогестерон и тестостерон могут вызывать биологические повреждения у людей и диких животных. Поэтому Европейский союз установил строгие минимальные стандарты качества безопасной и чистой питьевой воды, которые также необходимо учитывать при разработке новых технологий очистки воды. «Задача для науки состоит в том, чтобы разработать более чувствительные методы для нацеливания на молекулы гормонов», - говорит профессор Андреа Ирис Шефер, глава Института передовых мембранных технологий (IAMT) в KIT. Основная проблема заключается в том, что стероидные гормоны очень трудно обнаружить в воде. «На каждый квинтиллион молекул воды приходится одна молекула гормона. Это крайне низкая концентрация», - поясняет эксперт.
Обнаружение и удаление микрозагрязнителей
При использовании традиционных технологий водоподготовки очистные сооружения не могут ни обнаружить, ни удалить микрозагрязнители. Поэтому исследователи из IAMT и Института технологии микроструктуры KIT (IMT) работают над новыми методами не только обнаружения и измерения микрозагрязнителей, но и их удаления. Новый фотокаталитический процесс оказался многообещающим. Ученые покрыли коммерчески доступную крупнопористую полимерную мембрану Pd(II)-порфирином, палладийсодержащей светочувствительной молекулой, способной поглощать видимое излучение. Воздействие излучения с имитацией солнечного света инициирует химический процесс, в результате которого образуется так называемый синглетный кислород, высокоактивная форма кислорода. Синглетный кислород специфически «атакует» молекулы гормонов и превращает их в потенциально безопасные продукты окисления. «Очень важно, чтобы мы покрывали поверхность каждой поры молекулой фотосенсибилизатора, увеличивая площадь поверхности воздействия», - объясняет Роман Любименко, ученый из IAMT и IMT.
Значительное снижение концентрации эстрадиола
Химическое разложение стероидных гормонов и фильтрация других микрозагрязнителей могут быть реализованы в одном модуле. С помощью этого процесса возможна фильтрация от 60 до 600 литров воды на квадратный метр мембраны за один час. Ученым удалось снизить концентрацию эстрадиола, наиболее биологически активного стероидного гормона, на 98 процентов со 100 до 2 нанограммов на литр. «Это означает, что мы уже очень близки к целевому значению ЕС в один нанограмм на литр», - подчеркивает Шефер. Следующая цель исследовательской группы - дальнейшая оптимизация фотокаталитического процесса и перенос его в более масштабные масштабы. Открытые вопросы - выяснить, какая интенсивность света и сколько порфирина потребуется, и можно ли заменить дорогостоящий палладий из металлов платиновой группы другими металлами.