新型光催化劑可淨化除草劑對地下水的污染

【2023年03月21日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)雖然水污染已是一個全球性不可逆轉的大問題,但科學家還是努力尋求辦法,以減少水源的被污染。美國的俄勒岡州立大學(OSU)化學系和惠普公司共同開發一種含有二氧化鈦的光催化劑,可用來淨化除草劑污染的水,同時還能產生可燃燒的「氫氣」。

這種催化劑用太陽能對除草劑進行光降解(PDR)和析氫反應(HER),形成雙功能光催化(DFP),以期解決全球除草劑造成的水污染問題。這項研究成果今年3月初發表在《美國化學學會》期刊上。

科學家過去一直單獨使用二氧化鈦(TiO2)降解除草劑,因為二氧化鈦是一種常見的光催化劑,不僅能吸收太陽光或光能去氧化分解有機污染物,還能產生氫氣,且本身不會產生任何永久性化學變化的物質,也不會對環境造成污染。因此這種光催化劑被應用到防污防臭牆壁、地板、天花板和家具的自清潔塗層上。

不過在這次實驗中,科學家發現,二氧化鈦僅可以降解部分含有草甘膦(PMG)的除草劑,且氧化不完全,容易產生更毒的氨基甲基膦酸(AMPA),容易對環境造成二次污染。

由於PMG擁有抑制雜草的能力,在1970年代曾被廣泛用於農業活動,但該物質僅有小部分能被農作物吸收,大多殘存在土壤中,給地下水造成污染,還容易累積在生物身體上,對生物造成二次危害。

因此科學家加入氮和硫、含有MIL-125-NH2多晶型的金屬有機骨架(MOF)溶液、鉑(Pt)當助催化劑,增強二氧化鈦的雙功能光催化。這種做法不僅能夠很好地降解草甘膦(PMG),還能降解含有草銨膦(GF)或2,4-二氯苯氧乙酸的除草劑污水,同時降解過程能析出更多可燃氫(可用於能源方面)。

金屬有機骨架(MOF)溶液是一種二維或三維多孔結晶材料,而這次的MIL-125-NH2的MOF溶液可用於捕捉二氧化鈦,形成更高活性的二氧化鈦結晶,更好地分解這些污水,產生更多的氫氣以供能源使用。

俄勒岡州立大學化學助理教授基里亞科斯·斯蒂利亞諾(Kyriakos Stylianou)向俄勒岡州立大學新聞室表示,「我們可以將氧化和還原結合到一個過程中,以實現高效的光催化系統。就是通過光降解發生氧化反應,和通過析氫反應發生還原反應,達到氧化還原反應。」

斯蒂利亞諾表示,一種名為Roundup的除草劑在過去50年被用於農田上,「但這些除草劑只有一部分被農作物吸收,剩餘的都進入土壤和地下水,引發人們的擔憂,因為受污染的水對地球上所有生物的健康有害。」

接著他說,「我們已經證明,通過光催化可以去除這些有機污染物,或將其轉化為有用的再生燃料。光催化就是利用豐富的太陽能將污水轉化成氫氣,這是修復環境的一種好辦法。」

這次研究成果,為新型MOF衍生物提供新的道路,將進一步探索對於除草劑的作用。此次實驗,由美國俄勒岡州立大學化學系、美國能源部和美國國家科學基金會資助。◇

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