Dostęp do czystej wody to coraz poważniejsze globalne wyzwanie. Jednym z problemów są organiczne i nieorganiczne mikrozanieczyszczenia, które występują w ściekach w niskich stężeniach, ale nadal mogą być szkodliwe dla ludzi i środowiska. Należą do nich między innymi substancje zaburzające gospodarkę hormonalną, takie jak hormony steroidowe, obecne w lekach, środkach antykoncepcyjnych i innych produktach. Choć trudno je wykryć w wodzie, mogą poważnie zaszkodzić zdrowiu ludzkiemu i zakłócić równowagę ekologiczną środowisk wodnych.

Konwencjonalne metody uzdatniania wody nie są w stanie usuwać z niej hormonów steroidowych. Obiecująca technologią wydaje się natomiast elektrochemiczne utlenianie (EO).

Systemy EO składają się z dwóch elektrod: anody i katody podłączonych do zewnętrznego źródła zasilania. Przepływ energii elektryczna na elektrodach jest modulowany, co prowadzi do utleniania i degradacji zanieczyszczeń na powierzchni anody. Bardziej efektywnie można wykorzystać EO przy użyciu elektrochemicznych reaktorów membranowych (EMR), w których przewodząca membrana służy jako elektroda przepływowa, dzięki czemu aktywne miejsca stają się bardziej dostępne dla reagujących cząsteczek.

Naukowcy z niemieckiego Karlsruher Institut fur Technologie (KIT) we współpracy z University of California w Los Angeles (USA) i Hebrew University of Jerusalem (Izrael) ogłosili postęp w zrozumieniu mechanizmów działających w EMR. Badania nad eliminacją mikrozanieczyszczeń były prowadzone w elektrochemicznym reaktorze z membranami z nanorurek węglowych.

Nanorurki węglowe (CNT) o średnicach rzędu nanometrów mają wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne. "Ich wysoka przewodność elektryczna umożliwia efektywny transfer elektronów — powiedziała Andrea Iris Schäfer, profesor inżynierii procesów wodnych w KIT. - Dzięki swojej nanostrukturze CNT mają niezwykle dużą powierzchnię, co daje im ogromny potencjał do adsorpcji różnych związków organicznych. Ułatwia to późniejsze reakcje elektrochemiczne".

Autorzy wykorzystali najnowocześniejsze metody analityczne, aby zbadać złożone interakcje adsorpcji i desorpcji, reakcje elektrochemiczne i powstawanie produktów ubocznych w EMR.

"Odkryliśmy, że wstępna adsorpcja hormonów steroidowych na powierzchni CNT nie ogranicza ich późniejszej degradacji — powiedział dr Siqi Liu z KIT. -Przypisujemy to szybkiej adsorpcji i efektywnemu transferowi masy".

"Nasza analiza wyjaśnia niektóre z podstawowych mechanizmów w elektrochemicznych reaktorach membranowych i dostarcza cennych spostrzeżeń na temat ulepszania elektrochemicznych strategii eliminowania mikrozanieczyszczeń z wody" — podsumowała Schäfer.(PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ agt/