– Antybiotyki znajdujące się w ściekach stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi –przekonuje prof. UAM Łukasz Wolski z Wydziału Chemii. Naukowiec opracowuje katalizatory umożliwiające proste i szybkie usuwanie tego typu zanieczyszczeń z wody. Na swoje badania otrzymał finansowanie w ramach programu NCN Sonata.
Projekt nosi tytuł „Katalizatory na bazie mieszanych tlenków metali do usuwania zanieczyszczeń antybiotykowych z wód poprzez proces ozonowania wspomagany światłem" i będzie realizowany na Wydziale Chemii UAM przy wsparciu zespołów badawczych z Centrum NanoBioMedycznego oraz chemików z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Trudno nie zgodzić się z twierdzeniem, że antybiotyki pełnią bardzo ważną rolę w ochronie życia ludzi. Z tego też powodu od wielu lat obserwuje się znaczny wzrost ich konsumpcji. Szacuje się, że w 2030 roku konsumpcja ta wzrośnie o 200% względem odnotowanej w 2015 roku.
Tymczasem badania naukowe potwierdzają, że znaczna część spożywanych antybiotyków zostaje wydalona z organizmów 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 prof. Wolski.
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, którymi w ramach swojego grantu będzie zajmował się prof. Wolski.
– 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.
Celem projektu jest opracowanie nowych katalizatorów, które pozwolą uzyskać większą skuteczność w usuwaniu antybiotyków na drodze ozonowania.
zob. też Dr Łukasz Wolski. Kolorowy problem
Pierwsze rozwiązanie zaproponowane w projekcie 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.
Jak podkreśla prof. Wolski, badania, które będą prowadzone w ramach projektu, 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 naukowiec.
