鋁罐新妙用 興大學者用鋁罐降低水中砷毒性

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利用鋁罐去降低水中砷毒性之原理圖示

利用鋁罐去降低水中砷毒性之原理圖示

市售的飲料鋁罐除了回收再利用外,又有新用途!國立中興大學土壤環境科學系教授鄒裕民與劉雨庭偕同國家同步輻射中心、臺灣大學、明志科技大學與美國德州農工大學等單位,開發以市面上常見的鋁罐為材料,利用鋁金屬的氧化還原反應及沉澱、過濾步驟,有效降低水中砷的毒性。因操作簡便、成本低,可提供受砷污染的落後地區使用,降低砷中毒的威脅。研究結果將刊登於11月5日出版的國際期刊-危害物質期刊(Journal of Hazardous Materials)。
鄒裕民提到,最常見的含砷礦物是伴隨著大量金礦一起出現的砷黃鐵礦,當金礦被萃取採集後,含有鐵、硫與砷的砷黃鐵礦則成廢棄物,經嗜鐵菌與硫化菌等細菌的分解後,所產生的有毒砷會伴隨著極酸的廢水釋放到環境中,例如美國加州、法國、南澳和西班牙等地礦場的酸礦排水都曾驗出高濃度的三價砷。在臺灣地區砷中毒最有名的案例,即為早期南部地區因抽取含砷的地下水飲用所發生過的烏腳病。雖然臺灣在自來水管的普及建置後,已沒有飲用水含砷的問題,但地下水的抽取做為養殖用水,及因自然地質演化所產生高砷含量土壤的農業利用,仍有使國民暴露在砷毒害的可能。
鄒裕民表示,過去常使用金屬鐵來氧化毒性高的三價砷,但其表面在反應過程中會產生氧化層而逐漸降低反應性。此研究使用隨處可得的鋁罐,經簡單的物理處理,磨除鋁罐表面的有機聚合物、剪成小碎片後即可利用,因鋁罐含零價鋁多達90%以上,取得容易且成本低,可取代傳統所使用的化學氧化劑如過錳酸鉀,提供氧化水中三價砷的另一個簡單有效的方法。
此次研究利用鋁金屬在酸性條件下的類芬頓反應,所產生的強氧化劑,將毒性較強的三價砷氧化成毒性較低的五價砷,此反應的產物鐵、鋁離子及五價砷,可藉由酸鹼值的調整至中性,產生氫氧化鐵與氫氧化鋁來吸附並移除五價砷,可有效降低水中砷的濃度。
鄒裕民指出,一些較落後地區(如孟加拉)因表面水體受到污染,當地政府協助民眾挖井取水來做為飲用水源,但是地下水中含有相當高量的砷,因此目前孟加拉數百萬人口仍飲用受砷污染的地下水,造成砷中毒的病例約達200萬人,甚至引發癌症所導致的死亡人口每年達3000人,為了減少砷對該國民眾健康的衝擊,聯合國已協助當地居民使用一些物理化學方法或開發出套件,讓民眾在住家即可自行移除水中的砷。此次的研究成果因具有原料取得容易、成本低且操作方便的優點,可提供落後國家投入去除水中砷毒性的研發新方向。
鄒裕民補充,芬頓反應指的是利用含有鐵離子和過氧化氫(俗稱雙氧水)產生的氫氧根自由基,來氧化污染物或工業廢水中的有機汙染物的方式,而此次使用的是類似的反應,故稱類芬頓反應。當三價砷被氧化為五價砷後,因五價砷可迅速的被吸附在所生成之鐵鋁沉澱物上,在搭配砂濾床後,短時間內即可此含砷的沉澱物從水中移除,產生乾淨的水。