Nyupptäckt kemi kan användas för avloppsrening
En oväntad kemisk reaktion i aerosoler kan komma till nytta inom industrin, till exempel för avloppsrening. När ammoniumsulfat löses upp på vattenlöslig partikelyta, så kan det skapa en katalytisk effekt.
– Det var en överraskning att se reaktionen inträffa, säger Göteborgsforskaren Xiangrui Kong.
I atmosfären spelar gaser och aerosolpartiklar betydelsefulla roller för kemin. Deras växelverkan påverkar både moln och klimat. Typiska exempel på aerosoler är rök, dimma och luftföroreningar.
Även om vi inte ser aerosolpartiklarna är de synnerligen viktiga eftersom de har ytor i en atmosfär som annars bara består av gaser. Forskare har nu hittat bevis för att när sådana ytor börjar suga upp vatten och lösas upp kan ny och tidigare oupptäckt kemi äga rum.
Aerosol är partiklar lösta i gas
Aerosoler är små partiklar som är finfördelade i en gas. Partiklarna kan antingen vara fasta eller flytande, och aerosolen innefattar både gasen och partiklarna. Aerosol kommer från grekiska: aer, ”luft” och latin: solutio, ”lösning”.
Saltyta skapade oväntad kemisk reaktion
I studien, som initierades av ett team från Göteborgs universitet, beskriver forskarna att när en yta av ammoniumsulfat löses upp så främjar det en sulfatreducerande ammoniumoxidation.
Upptäckten är oväntad eftersom reaktionen normalt kräver extra energi för att övervinna en barriär och därför inte sker spontant.
– Det var en överraskning att se reaktionen inträffa, men vi kom att förstå att reaktionen möjliggjordes av den vattenlösliga saltytan. Detta har fått oss att tänka om angående de katalytiska effekterna av ytor, där vissa reaktioner faktiskt kan gynnas under de rätta förhållandena, säger Xiangrui Kong, forskare vid Göteborgs universitet och huvudförfattare till studien.
Kemisk reaktion som kan användas vid avloppsrening
Forskningen har konsekvenser för förståelsen av den atmosfäriska svavelcykeln och förekomsten av andra viktiga föreningar som är involverade i många kemiska reaktioner i atmosfären.
Den observerade sulfatreducerande ammoniumoxidationsreaktionen kan också komma till nytta vid exempelvis avloppsrening och andra industriella tillämpningar. Idag krävs biokatalysatorer eller andra dyra metoder för att aktivera sådana reaktioner. Den nya mekanismen tyder på att det går att utveckla kostnadseffektiva tillämpningar baserat på den nya kunskapen, enligt forskarna.
– När våra resultat började förverkligas fick vi verkligen ta oss tid att förstå vad vi observerade och varför, men resultaten är spännande och motiverar oss att gräva djupare i hur fasförändringar hos en yta kan förändra den kemiska miljön, säger Erik S. Thomson, universitetslektor vid Göteborgs universitet och en av författarna bakom studien.
Internationellt samarbete
Den nya studien är frukten av ett samarbete mellan forskare från Göteborgs universitet och forskare från Paul Scherrer Institute i Schweiz och Qatar Environmental and Energy Research Institute. Observationerna gjordes vid forskningsanläggningen Swiss Light Source i Schweiz och teoretiska beräkningar stöder de experimentella observationerna och den föreslagna reaktionsmekanismen.
Vetenskaplig artikel:
A surface-promoted redox reaction occurs spontaneously on solvating inorganic aerosol surfaces, Science
Kontakt:
Erik S. Thomson, erik.thomson@chem.gu.se
Xiangrui Kong, kongx@chem.gu.se
Jan B.C. Pettersson, janp@chem.gu.se
