Insinyur di Rice University’s Nanotechnology Enabled Water Treatment (NEWT) Center telah menemukan sebuah katalis yang membersihkan nitrat beracun dari air minum dengan mengubahnya menjadi udara dan air.

Penelitian ini tersedia secara online di jurnal American Chemical Society, ACS Catalysis .
“Nitrat terutama berasal dari limpasan pertanian, yang mempengaruhi komunitas petani di seluruh dunia,” kata insinyur kimia Rice Michael Wong, ilmuwan utama studi ini. “Nitrat adalah masalah lingkungan dan masalah kesehatan karena beracun. Ada filter pertukaran ion yang bisa mengeluarkannya dari air , tapi ini perlu dibilas setiap beberapa bulan sekali untuk digunakan kembali, dan bila terjadi, pembilas air hanya mengembalikan dosis nitrat terkonsentrasi kembali ke persediaan air. “

Laboratorium Wong mengkhususkan diri dalam pengembangan katalis berbasis nanopartikel, potongan logam submikroskopik yang mempercepat reaksi kimia. Pada tahun 2013, kelompoknya menunjukkan bahwa bola emas kecil yang dihiasi bintik-bintik paladium bisa menghancurkan nitrites, sepupu kimia yang lebih beracun dari nitrat.

“Nitrat adalah molekul yang memiliki satu atom nitrogen dan tiga atom oksigen,” Wong menjelaskan. “Nitrat berubah menjadi nitrit jika kehilangan oksigen, tapi nitrit bahkan lebih beracun daripada nitrat, jadi Anda tidak ingin berhenti dengan nitrit. Apalagi nitrat adalah masalah yang lebih umum.

“Pada akhirnya, cara terbaik untuk menghilangkan nitrat adalah proses katalitik yang menghancurkannya sepenuhnya menjadi nitrogen dan oksigen, atau dalam kasus kami, nitrogen dan air karena kami menambahkan sedikit hidrogen,” katanya. “Lebih dari 75 persen atmosfer bumi adalah nitrogen gas, jadi kita benar-benar mengubah nitrat menjadi udara dan air.”

Nitrat bersifat racun bagi bayi dan wanita hamil dan mungkin juga bersifat karsinogenik. Pencemaran nitrat umum terjadi pada masyarakat pertanian, terutama di Corn Belt AS dan Lembah Tengah California, di mana pupuk banyak digunakan, dan beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa polusi nitrat sedang meningkat karena perubahan pola penggunaan lahan.

Banyak daerah di Amerika Serikat berisiko terkena kontaminasi air minum oleh nitrat dan nitrit karena terlalu banyak menggunakan pupuk pertanian. Kredit: USGS

Nitrat dan nitrit keduanya diatur oleh Environmental Protection Agency, yang menetapkan batas untuk air minum yang aman. Di masyarakat dengan sumur dan danau yang berpolusi, yang biasanya berarti pengolahan air minum dengan resin penukar ion yang menjebak dan menghilangkan nitrat dan nitrit tanpa menghancurkannya.

Dari pekerjaan mereka sebelumnya, tim Wong tahu bahwa nanopartikel emas-paladium bukanlah katalis yang baik untuk menghancurkan nitrat. Rekan penulis Kim Heck, seorang ilmuwan riset di laboratorium Wong, mengatakan bahwa pencarian literatur ilmiah yang dipublikasikan menunjukkan kemungkinan lain: indium dan paladium.

“Kami dapat mengoptimalkannya, dan kami menemukan bahwa mencakup sekitar 40 persen permukaan paladium dengan indium memberi kami katalisator paling aktif kami,” kata Heck. “Itu sekitar 50 persen lebih efisien daripada yang lainnya yang kami temukan dalam studi yang telah diterbitkan sebelumnya. Kami bisa saja berhenti di sana, tapi kami benar-benar tertarik untuk memahami mengapa hal itu lebih baik, dan untuk itu kami harus mengeksplorasi kimia di balik reaksi ini.”

Bekerja sama dengan rekan teknik kimia Jeffrey Miller dari Universitas Purdue dan Lars Grabow dari Universitas Houston, tim Rice menemukan bahwa indium mempercepat pemecahan nitrat sementara paladium tampaknya membuat indium tidak teroksidasi secara permanen.

“Indium suka teroksidasi,” kata Heck. “Dari studi in situ kami, kami menemukan bahwa mengekspos katalis terhadap larutan yang mengandung  menyebabkan indium menjadi teroksidasi. Tetapi ketika kita menambahkan air jenuh hidrogen, paladium mendorong beberapa oksigen tersebut untuk terikat dengan hidrogen dan membentuk air, dan yang mengakibatkan indium tersisa dalam keadaan berkurang dimana bebas untuk memisahkan lebih banyak nitrat. “

Wong mengatakan timnya akan bekerja sama dengan mitra industri dan peneliti lainnya untuk mengubah proses tersebut menjadi sistem pengolahan air yang layak secara komersial.

“Di situlah NEWT masuk,” katanya. “NEWT adalah tentang mengambil penemuan sains dasar dan membuat mereka ditempatkan dalam kondisi dunia nyata. Ini akan menjadi contoh di NEWT di mana kita memiliki pengetahuan kimia, dan langkah selanjutnya adalah membuat sistem aliran untuk menunjukkan bukti adanya konsep bahwa teknologinya bisa digunakan di lapangan. “

NEWT adalah pusat penelitian teknik multi-institusional yang berbasis di Rice yang didirikan oleh National Science Foundation pada tahun 2015 untuk mengembangkan sistem pengolahan air terpadu, mobile, pengolahan air secara mandiri yang dapat menyediakan air bersih bagi jutaan orang dan membuat produksi energi AS lebih banyak, berkelanjutan dan hemat biaya. NEWT diharapkan dapat memanfaatkan lebih dari $ 40 juta untuk dukungan federal dan industri pada tahun 2025 dan difokuskan pada aplikasi untuk tanggap darurat kemanusiaan, sistem air pedesaan dan pengolahan air limbah dan penggunaan kembali di lokasi terpencil, termasuk platform pengeboran darat dan lepas pantai untuk eksplorasi minyak dan gas bumi .(ikons.id)