Superoksidi tuottaa humusta hajottavia hydroksyyliradikaaleja järvivedessä
Tuore tutkimus osoittaa, että superoksidi tuottaa tehokkaasti hydroksyyliradikaaleja järvivedessä. Erittäin reaktiiviset hydroksyyliradikaalit hajottavat humusta ja pystyvät puhdistamaan ihmisen tuottamat, huonosti hajoavat haitta-aineet luonnosta. Tutkimus julkaistiin Water Research -julkaisussa huhtikuussa 2020.
Mikrobit, auringon valo ja pelkistyneet yhdisteet tuottavat superoksidia ympäristössä. Superoksidi kuulu reaktiivisiin hapen muotoihin, vaikka sen reaktiivisuus orgaanisten yhdisteiden kanssa on vaatimatonta – ”super”-etuliitteestä huolimatta.
Superoksidi pystyy kuitenkin osallistumaan hapetus-pelkistysreaktioihin. Se pystyy pelkistämään hapettuneen rauta(III):n pelkistyneeksi rauta(II):ksi. Superoksidi voi myös itse pelkistyä vetyperoksidiksi. Vetyperoksidi ja rauta(II) tuottavat Fenton reaktiossa hydroksyyliradikaaleja, jotka hajottavat orgaanista ainetta tehokkaasti. Yllä mainittujen reaktioiden mukaan yhden hydroksyyliradikaalin voi tuottaa kolmesta superoksidista.
”Koska useat prosessit voivat tuottaa superoksidia järvivedessä, niin superoksidi on potentiaalinen hydroksyyliradikaalien lähde. Testasimme tätä ajatusta lisäämällä superoksidia järviveteen, joka sisälsi humukseen sitoutunutta rauta(III):a”, sanoo yliopistonlehtori Anssi Vähätalo Jyväskylän yliopistosta.
Superoksidi tuotti hydroksyyliradikaaleja
Superoksidin lisäys johti hydroksyyliradikaalien muodostumiseen. Tutkijoille tuli yllätyksenä se, että lisätty superoksidi tuotti 24-kertaa oletettua enemmän hydroksyyliradikaaleja. Hydroksyyliradikaalit reagoivat humuksen kanssa ja hajottivat sitä.
”Ilmeisesti nämä reaktiot synnyttivät lisää superoksidia ja johtivat hydroksyyliradikaalien tuoton autokatalyysiin. Vaatimattomasta reaktiivisuudestaan huolimatta superoksidilla onkin salainen supervoima, kun se pystyy tuottamaan järviveteen autokatalyyttisesti hydroksyyliradikaaleja”, pohtii Vähätalo.
Mihin superoksidin tuottamat hydroksyyliradikaalit pystyvät?
Viimeaikaiset tutkimukset ovat paljastaneet, että valtaosa mikrobeista tuottaa superoksidia. Koska mikrobeja on kaikkialla, niin superoksidiakin on aina havaittu kun sitä on mitattu luonnonvesistä. Pintavesissä rauta on sitoutunut humukseen ja pystyy tutkimuksemme mukaan katalysoimaan hydroksyyliradikaalien tuottoa superoksidista. Superoksidin tuottamat hydroksyyliradikaalit ovat todennäköisesti tärkeä osa järvien itsepuhdistuskykyä haitta-aineiden ja muun huonosti hajoavan orgaanisen aineen häviämisessä luonnosta. Asia on jäänyt aiemmin huomaamatta, sillä äärimmäisestä reaktiivisuudesta johtuen hydroksyyliradikaalien elinikä on sekunnin miljoonaosan luokkaa ja pitoisuudet ovat pieniä.
Hydroksyyliradikaalien äärimmäinen reaktiivisuus on eduksi tehostetuissa hapetustekniikoissa. Niissä hydroksyyliradikaalit ovat järein ase haitta-aineiden hajotukseen. ”Kokeeseemme lisätty superoksidin synnytti monin kertaisen määrän hydroksyyliradikaalia humukseen sitoutuneen raudan autokatalysoimana. Tämä on arvokas tieto haitta-aineiden hajoamistekniikoiden näkökulmasta. Haluttua lopputuotetta, reaktiivisia hydroksyyliradikaaleja, syntyi moniverroin lisättyyn lähtöaineeseen verrattuna ilman haitallisia kemikaaleja tai suurta energian kulutusta.”
Linkki artikkeliin Water research -julkaisuun:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135420303195?via%3Dihub
