Co je nitrát?
Co je nitrát?
Nitrát (NO₃⁻) je anorganická chemická sloučenina obsahující dusík a kyslík. Ve vodě se objevuje především v důsledku používání umělých hnojiv, rozkladu organických látek nebo znečištění odpadními vodami. Nitrát je přirozenou součástí koloběhu dusíku v přírodě, avšak jeho zvýšené množství v pitné vodě může být zdraví škodlivé, zejména pro kojence a malé děti (riziko vzniku methemoglobinémie, tzv. „modrého dětského syndromu“).
Hlavními zdroji nitrátů ve vodě jsou:
-
Zemědělská činnost (vyplavování hnojiv z polí)
-
Splaškové a odpadní vody
-
Rozklad organických zbytků v půdě
Podle platné legislativy je maximální povolená koncentrace nitrátů v pitné vodě 50 mg/l. Vyšší koncentrace nitrátů negativně ovlivňují kvalitu vody a mohou vést i k přemnožení řas v povrchových vodách (eutrofizace).
Proč fotokatalýza nezvládne odbourat nitráty?
Chemická stabilita nitrátu
- Nitrátový ion (NO₃⁻) je velmi stabilní a má vysoký stupeň oxidace dusíku (+5).
- Fotokatalýza, zejména s použitím běžných fotokatalyzátorů jako je oxid titaničitý (TiO₂), je efektivní zejména pro organické látky nebo některé méně stabilní anorganické sloučeniny.
- Nitrát je už „konečný“ oxidovaný produkt – není už téměř co oxidovat, jedině redukovat (ale to je energeticky náročné)
Mechanismus fotokatalýzy
-
Fotokatalýza za normálních podmínek (světlo, TiO₂) vytváří na povrchu katalyzátoru vysoce reaktivní hydroxylové radikály (OH•).
-
Tyto radikály účinně rozkládají organické znečištění na oxid uhličitý, vodu a další jednoduché molekuly.
-
Nitrát však už nemá „slabé vazby“ nebo organický řetězec, který by mohl být tímto mechanismem napaden.
Redukce nitrátu je složitá
-
Pokud by mělo dojít k odbourání nitrátu, znamenalo by to jeho redukci na dusitany, amoniak nebo plynný dusík (N₂).
-
Fotokatalytická redukce nitrátu na tyto formy vyžaduje zvláštní podmínky (speciální katalyzátory, přítomnost donorů elektronů atd.), což je technologicky i ekonomicky náročné.
-
Běžné fotokatalytické technologie pro čištění vody nejsou navrženy na tuto reakci a mají nízkou účinnost.
Praktická stránka
-
Protože nitrát je tak stabilní, ve většině vodárenských i domácích aplikací je odstranění nitrátů realizováno jinými technologiemi – typicky iontovýměnou nebo reverzní osmózou.
-
Fotokatalýza je vhodná na rozklad pesticidů, herbicidů, farmaceutik, barviv a podobných látek, nikoliv na minerální anionty typu nitrát.
Fotokatalýza nezvládne odbourat nitráty, protože:
-
Nitrát je extrémně stabilní a už maximálně oxidovaný,
-
Fotokatalýza je efektivní hlavně na organické polutanty,
-
Odbourání nitrátu by znamenalo náročnou redukci, což běžná fotokatalýza neumí.