Đã tìm ra chất xúc tác chuyển nitrat thành nước và không khí

Các kỹ sư tại Trung tâm Công nghệ Nano đã triển khai Hệ thống xử lý Nano của Đại học Rice nhằm tìm ra chất xúc tác để làm sạch nitrate độc hại trong nước uống bằng cách chuyển chúng thành không khí và nước.

Nghiên cứu này được đăng trên tạp chí ACS Catalyst của Hiệp hội Hoá học Hoa Kỳ.

Kỹ sư hóa học của Rice, Michael Wong, nhà khoa học hàng đầu về nghiên cứu, cho biết: "Nitrat chủ yếu xuất phát từ dòng chảy nước thải nông nghiệp, ảnh hưởng đến các cộng đồng nông nghiệp trên toàn thế giới". Nitrat là một chất liên quan tới vấn đề môi trường và là vấn đề sức khoẻ vì chúng độc hại.

Có những bộ lọc trao đổi ion có thể loại bỏ chúng khỏi nước, nhưng cần phải được làm sạch trong vài tháng để tái sử dụng chúng và khi nước đó đun sôi có thể tạo điều kiện trả lại một ít nitrat trong nước.

Phòng thí nghiệm của Wong trước giờ chuyên phát triển các chất xúc tác dựa trên các hạt nano, các mảnh kim loại siêu nhỏ dưới kính hiển vi làm tăng tốc độ phản ứng hóa học. Năm 2013, nhóm của ông cho thấy các quả cầu vàng nhỏ xen kẽ các vết bẩn của palladium có thể làm vỡ nitơ, các chất lỏng độc hại hơn của nitrate.

"Nitrat là phân tử có một nguyên tử nitơ và ba nguyên tử oxy", Wong giải thích. Nitrates chuyển thành nitrit nếu chúng mất đi oxy, nhưng nitrit thậm chí còn độc hơn nitrates.

Ông nói: "Cuối cùng, cách tốt nhất để loại bỏ nitrat là một quá trình xúc tác phân hủy chúng thành nitơ và oxy. Hiện có hơn 75% khí quyển của trái đất là nitơ trong không khí, vì vậy chúng ta đang chuyển nitrates thành không khí và nước".

Nitrat độc đối với trẻ sơ sinh và phụ nữ có thai và cũng có thể gây ung thư. Ô nhiễm Nitrate phổ biến trong các cộng đồng nông nghiệp, đặc biệt là ở Hoa Kỳ và Thung lũng California nơi phân bón được sử dụng nhiều, và một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng ô nhiễm nitrat đang gia tăng do thay đổi mô hình sử dụng đất.

Từ công trình trước của họ, nhóm nghiên cứu của Wong biết rằng các hạt nano vàng-palladium không phải chất xúc tác tốt để phá vỡ nitrates. Đồng tác giả Kim Heck, một nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm của Wong, cho biết việc tìm kiếm các tài liệu khoa học đã xuất bản đã cho thấy một khả năng khác có thể sử dụng đó là: indium và palladium.

Heck cho biết: "Chúng tôi đã có thể tối ưu hóa được điều đó, và chúng tôi nhận thấy rằng khoảng 40% bề mặt của mặt cầu phân tử palladium kết hợp indium đã cho chúng tôi chất xúc tác hoạt động mạnh nhất”.

Phối hợp với các kỹ sư hóa học Jeffrey Miller thuộc Đại học Purdue và Lars Grabow thuộc Đại học Houston, nhóm nghiên cứu Rice đã phát hiện ra rằng indium tăng tốc độ phân hủy nitrates trong khi palladium sau đó khiến cho chất indium bị oxy hóa vĩnh viễn.

Ông Wong cho biết nhóm của ông sẽ hợp tác với các đối tác công nghiệp và các nhà nghiên cứu khác để biến quy trình này thành một hệ thống xử lý nước hữu ích.

Xem thêm:

• Bạn biết gì về bạch kim - Platinum, một trong những kim loại quý hiếm nhất hành tinh?
• Đây là một vật liệu nano mới có thể làm giảm ô nhiễm khí thải xe