Katalizatory umożliwiające proste i szybkie usuwanie zanieczyszczeń antybiotykowych z wody powstają na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu we współpracy z Uniwersytetem Jagiellońskim. Naukowcy wykorzystają do tego celu proces ozonowania wspomagany światłem.
Od wielu lat obserwuje się znaczny wzrost konsumpcji antybiotyków. Szacuje się, że na koniec tej dekady konsumpcja ta wzrośnie o 200% względem odnotowanej w 2015 roku. Tymczasem badania naukowe potwierdzają, że znaczna część spożywanych antybiotyków zostaje wydalona z organizmu w aktywnej postaci i trafia do ścieków. W niektórych przypadkach może to być nawet 90% początkowej dawki leku. Najwięcej tego typu zanieczyszczeń znajduje się w ściekach ze szpitali.
Wiele konwencjonalnych metod oczyszczania ścieków zawierających antybiotyki nie umożliwia ich całkowitego usunięcia. W rezultacie antybiotyki trafiają do ekosystemu. Nawet niewielkie ilości tych związków chemicznych w wodach lub glebach mogą w długoterminowej perspektywie przyczynić się do wytworzenia przez bakterie mechanizmów obronnych umożliwiających im funkcjonowanie w takim środowisku. To w konsekwencji może doprowadzić do sytuacji, w której w wyniku mutacji pojawią się bakterie odporne na działanie leków – przestrzega dr hab. Łukasz Wolski z Wydziału Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.
Naukowcy przewidują, że jeśli nie podejmie się stosownych działań związanych ze skutecznym usuwaniem antybiotyków ze ścieków, to w 2050 roku liczba zgonów spowodowanych przez bakterie antybiotykooporne może być większa od liczby zgonów będących skutkami nowotworów.
Stosowane obecnie metody oczyszczania ścieków polegają między innymi na adsorpcji, czyli selektywnym wiązaniu antybiotyków na powierzchni ciał stałych (adsorbentów). Dużym wyzwaniem jest jednak otrzymanie adsorbentów umożliwiających skuteczne usuwanie wielu różnych antybiotyków. Z tego powodu obecnie coraz większą uwagę poświęca się usuwaniu tej grupy związków chemicznych z wykorzystaniem tzw. zaawansowanych procesów utleniania. W procesach tych dąży się do wytworzenia utleniających indywiduów, zdolnych do przekształcania antybiotyków do prostych związków nieorganicznych, które można całkowicie usunąć ze środowiska. Jednym z takich zaawansowanych procesów utleniania są procesy ozonowania.
Cząsteczka ozonu jest reaktywna, ale względnie nietrwała w środowisku wodnym czy powietrzu. To sprawia, że musimy wytwarzać ją w tym miejscu, w którym będzie użyta. Ozon jest silnym utleniaczem, ale efekt jego działania zależy od struktury zanieczyszczenia. Innymi słowy, nie zawsze jest tak samo skuteczny. I tutaj z pomocą przychodzi kataliza, która pozwala przekształcić ozon w inne, skuteczniejsze utleniacze – wyjaśnia badacz z UAM.
Celem projektu jest opracowanie nowych katalizatorów, które pozwolą uzyskać większą skuteczność w usuwaniu antybiotyków na drodze ozonowania. Pierwsze z zaproponowanych rozwiązań polegać będzie na manipulacji składem katalizatorów. Naukowcy zmierzają do łączenia tlenków, które znane są ze swojej reaktywności, na przykład tlenków manganu, z innymi tlenkami metali, tak aby zmienić ich właściwości i zwiększyć aktywność katalityczną. Drugie rozwiązanie to łączenie różnych metod utleniania, w tym katalitycznego ozonowania, z procesami fotokatalitycznymi, w których wykorzystuje się energię zawartą w świetle do inicjowania określonych przemian chemicznych.
Badania prowadzone na Wydziale Chemii UAM przy wsparciu zespołów badawczych z Centrum NanoBioMedycznego oraz chemików z Uniwersytetu Jagiellońskiego mają za zadanie odpowiedzieć na pytanie, jak zaprojektować katalizator do procesów ozonowania, aby zwiększyć jego skuteczność w usuwaniu antybiotyków z wody, szczególnie we wspomnianych powyżej procesach łączonych. Chemicy chcą także poznać zależności pomiędzy właściwościami katalizatorów a ich efektywnością w degradacji zanieczyszczeń.
W idealnym przypadku dąży się do tego, aby antybiotyki w ściekach uległy całkowitej mineralizacji, ale niestety zdarza się też, że ulegają one degradacji tylko częściowo. Uzyskujemy produkty pośrednie, które mogą być toksyczne, czasami nawet bardziej niż wyjściowe zanieczyszczenia. W ramach projektu będziemy starali się zidentyfikować te produkty, a także określić ich aktywność biologiczną – dodaje dr hab. Łukasz Wolski.
Magda Ziółek, źródło: uniwersyteckie.pl