通過還原減少減輕廢水中鉻污染的新方法

鉻元素盡管有各種用途，但聲譽不佳。這是因為接觸鉻化合物會導致患上呼吸道癌的風險增加，并對人體健康造成其他破壞性影響。此外，由于工業廢料中存在鉻，因此鉻也恰好是造成水污染的主要因素。

但是，有一線希望。正如化學家所觀察到的，鉻的毒性取決于其化合價態(該態由原子的外殼中的電子數決定)。在鉻表現出的兩個穩定狀態中，六價鉻或Cr(VI)和三價鉻Cr(III)具有更強的毒性和可溶性。因此，可以通過稱為還原的過程將Cr(VI)簡單地轉化為Cr(III)來減輕鉻污染。不幸的是，大多數將Cr(VI)還原為Cr(III)的方法要么昂貴且危險，要么對能量的要求很高。

為此，研究人員一直致力于光催化劑的開發，光催化劑是一種可以在存在光的情況下減少有害物質的材料。訣竅是使用水作為溶劑(與以前使用的有機溶劑相反)進行這種反應，以使它們可以直接用于處理廢水。

在《新化學雜志》上發表的一項最新研究中，由東京科學大學的Akitsu Takashiro Akitsu教授領導的一組研究人員成功地做到了這一點。該團隊還包括宮川佳人，日本東京理科大學的原口智之，日本都靈大學和俄羅斯南方聯邦大學的Arshak Tsatsuryan和俄羅斯南方聯邦大學的Igor Shcherbakov。秋津教授解釋說：“在我們的研究中，我們開發了一種通過光照射來還原Cr(VI)的方法。然后將其應用于水性溶劑中，以使其易于使用。”

在他們的研究中，研究小組從一系列有機化合物中合成了銅(Cu(II))配合物。通過進一步的分析，他們確認了這些配合物與稱為二氧化鈦(TiO 2)的光催化劑一起參與了光化學反應，導致甲醇和水中的Cr(VI)還原。具體而言，該小組研究了Cu(II)配合物在甲醇中的光催化活性如何取決于入射光的波長，而Cu(II)與TiO 2的配合物在水溶液中的光催化活性取決于溶液的pH值。

這些發現表明，一方面，對于波長在460-495 nm范圍內的可見光，Cr(VI)在Cu(II)-甲醇光化學反應中的還原速率最大。另一方面，發現Cu(II)-TiO 2體系在紫外光下的Cr(VI)還原取決于水溶液的pH值，對于pH值<6的酸性溶液表現出很高的還原效率。進一步的電化學實驗表明，光催化劑是可重復使用的，表明它們在環境調節中的潛在適用性。

該研究有望開發出既經濟又高效的新型廢水處理程序。正如Akitsu教授所說：“這是第一項研究，表明在水性溶劑中將有毒的Cr(VI)還原為相對無害的Cr(III)，這對減少水污染具有直接的意義。”

有了這樣的技術，我們當然可以希望扭轉工業廢物對水體的不利影響。