Rutenyum Nanoparçacıkları Su Arıtma Atıklarındaki Perkloratı Zararsız Klorüre Dönüştürüyor!

Su idareleri, içme suyundaki zararlı bir endüstriyel kirletici olan perkloratı uzaklaştırmak için on yıllardır iyon değiştirici reçine boncuklarıyla dolu devasa tanklara güveniyor. Bu sistem, eksi yüklü perklorat iyonlarını artı yüklü reçine boncuklarına çekerek çalışıyor ve böylece arıtılmış suyun tanklardan dışarı akmasını sağlıyor. Ancak bu süreç geride zorlu bir sorun bırakıyor: Yenilenmesi veya tehlikeli atık olarak bertaraf edilmesi gereken, perklorat yüklü reçine boncukları.

Şimdi ise Kaliforniya Üniversitesi, Riverside'daki (UCR) araştırmacılar, yüksek derişimlerdeki perkloratı etkili bir şekilde parçalayan, küçük rutenyum nanoparçacıklarından yapılmış bir katalizör geliştirdiler.

ACS Central Science dergisinde yayımlanan bu çığır açıcı çalışma, perkloratın iyon değiştirici reçinede yakalandıktan sonra yok edilmesini mümkün kılabilir. UCR doktora sonrası araştırmacısı Jinyu Gao'nun yürüttüğü araştırmayı yöneten UCR kimya ve çevre mühendisliği doçenti Jinyong Liu, bunun içme suyu arıtımı sırasında ortaya çıkan tehlikeli atıkları potansiyel olarak azaltabileceğini ve reçine boncuklarının yeniden kullanılmasına olanak tanıyabileceğini belirtti.

Bu gelişme, ABD Çevre Koruma Ajansı'nın (EPA), tıpkı Kaliforniya'nın yaklaşık yirmi yıl önce yaptığı gibi, perklorat için ilk ulusal içme suyu standardını oluşturmaya hazırlandığı bir dönemde geldi.

Perklorat; roket yakıtlarında, patlayıcılarda, havai fişeklerde ve diğer enerjik malzemelerde kullanılan bir kimyasaldır. Ayrıca bazı ortamlarda doğal olarak da bulunabiliyor. Bu bileşik, Amerika Birleşik Devletleri genelindeki askeri tesislerin, savunma sanayisi üretim sahalarının ve diğer endüstriyel alanların altındaki yeraltı sularını kirletmiş durumda.

Sağlık Riskleri ve Daha Sıkı Kurallar

Perklorat yutulduğunda, tiroid bezinin iyot emme yeteneğine müdahale ederek büyüme, metabolizma ve beyin gelişimini düzenleyen hormonların üretimini bozuyor. Bebeklerin, küçük çocukların ve hamile kadınların bu duruma karşı özellikle savunmasız olduğu düşünülüyor.

Kaliforniya eyaleti yıllardır içme suyundaki perkloratı denetliyor ve milyarda 6 partikülü geçmeyecek şekilde bir maksimum kirletici seviyesi belirlemiş durumda. Bu arada EPA da kısa süre önce ulusal bir içme suyu standardı oluşturma çabalarına yeniden başladı. Bu hamlenin, arıtma teknolojilerine olan talebi artırması bekleniyor.

Dr. Liu, mevcut arıtma sistemlerinin perkloratı etkili bir şekilde uzaklaştırdığını ancak yok etmediğini söyledi.

Nötr Su İçin Geliştirilen Bir Katalizör

Liu'nun laboratuvarı tarafından daha önce geliştirilen katalizörler, perkloratı yalnızca asidik veya alkali koşullarda yok edebiliyordu. Yeni katalizör ise, çoğu içme suyu arıtma sisteminde bulunan standart koşul olan oda sıcaklığında ve nötr pH seviyesinde hızla çalışan, grubun geliştirdiği ilk katalizör olma özelliğini taşıyor. Dr. Liu bu durumu şöyle açıkladı:

Bu bize eksiksiz bir araç kutusu sağlıyor. Artık asidik, alkali ve nötr koşullar altında çalışan katalizör sistemlerimiz var ve bu da çok daha geniş bir yelpazedeki gerçek dünya su arıtma uygulamalarına çözüm bulmamıza olanak tanıyor.

Katalizör, cis-DACH olarak bilinen ve azot (İng: "nitrogen") içeren organik bir bileşikle zenginleştirilmiş rutenyum nanoparçacıklarını kullanıyor. Bunlar hep birlikte oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncı altında, perkloratı sofra tuzunda doğal olarak bulunan aynı iyon olan zararsız klorüre hızla dönüştürüyor.

Önceki katalizör sistemlerinden farklı olarak bu yeni sistem, yaygın bir diğer yeraltı suyu kirleticisi olan nitrat içeren suda da etkinliğini koruyor. Önceki katalizörler nitrat tarafından devre dışı bırakılabiliyor ve bu durum genellikle ayrı arıtma adımları gerektiriyordu. Yeni katalizör ise önce nitratı uzaklaştırıyor ve ardından perkloratı parçalamaya devam ederek temizleme sürecini basitleştiriyor.

Derişik Atık Akışlarını Hedeflemek

Araştırmacılar, bu teknolojinin iyon değiştirici reçineler yenilendiğinde ortaya çıkan derişik atık akışlarının arıtılmasında özellikle değerli olabileceğini belirtiyor. Ayrıca savunma sanayisi üretimi, patlayıcı imhası ve perklorat derişimlerinin içme suyunda bulunanlardan çok daha yüksek olduğu diğer tesislerden gelen aşırı kirlenmiş endüstriyel atık sular için de oldukça faydalı olabilir. Liu, katalizörün en nihayetinde mevcut su arıtma sistemlerinin yerini almak yerine onları tamamlayabileceğini belirterek şunları ekledi:

İyon değişimi, perkloratı içme suyundan uzaklaştırmanın hâlâ en hızlı yoludur. Bizim amacımız, derişik perklorat yakalandıktan sonra onu yok etmek için çok daha iyi bir yol sunmaktır.

Reçinenin bertaraf edilmesi veya yenilenmesi giderek daha karmaşık bir hal alıyor. Bunun nedeni, boncukların artık genellikle sadece perklorat değil, aynı zamanda "sonsuz kimyasallar" olarak bilinen dirençli endüstriyel kimyasallar sınıfı olan per- ve poliflorlu alkil maddeleri (PFAS) de içermesidir.

Liu'nun laboratuvarı PFAS'ı yok edecek teknolojiler de geliştirdi. Liu, yeni rutenyum katalizörünün, aynı arıtma sistemleri kullanılarak içme suyundan sıklıkla uzaklaştırılan bir diğer dirençli kirletici olan perkloratı yok ederek bu çalışmayı tamamladığını ifade etti.