Автомобильный катализатор — это устройство в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания. Он обеспечивает существенное снижение уровня вредных выбросов в атмосферу. Покрытие внутренней части корпуса катализатора содержит драгоценные металлы, относящиеся к платиновой группе (главным образом — платина и палладий) в виде металлических наночастиц. При «старении» автомобильных катализаторов платина и палладий попадают в атмосферу и скапливаются в дорожной пыли.
Ученые провели исследование более семидесяти проб осевшей пыли, собранной в Москве, на территории, ограниченной Третьим транспортным кольцом, на автомагистралях, второстепенных дорогах, в парковых и жилых зонах. Для изучения проб пыли ученые использовали комплекс взаимодополняющих методов:
- мембранную фильтрацию и центрифугирование для выделения частиц пыли различного размера,
- лазерную дифракцию и электронную микроскопию для оценки размера и морфологии выделенных частиц,
- атомно-эмиссионную и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой для их элементного анализа.
Для оценки размера и содержания наночастиц платины и палладия в образцах пыли ученые применяли метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в режиме анализа единичных (отдельных) частиц. Как отмечают в научном институте, авторы работы — единственные на сегодняшний день в России — не только владеют, но и широко используют этот метод для изучения наночастиц окружающей среды.
«Согласно данным Всемирной организации здравоохранения растворимые формы платины и палладия (хлоридные комплексы) могут быть токсичны или вызывать аллергические реакции, о чем свидетельствуют исследования как in vitro (в пробирке), так и in vivo (на живых организмах). Растворимые формы платины и палладия могут задерживаться в почках, печени, селезенке при ингаляционном попадании в организм (выводятся, но не очень быстро). Целью нашей работы не являлась просто оценка содержания платины и палладия в пыли, а именно их распределение между фракциями наночастиц, микрочастиц и водорастворимой фракцией, что ранее не изучали. Впервые мы определили содержание наночастиц и растворимых форм платины и палладия в московской пыли», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории геохимии наночастиц ГЕОХИ РАН, кандидат химических наук Михаил Ермолин.
Результаты исследования выглядят так: общее среднее содержание платины в исследуемых пробах дорожной пыли составляет 35 нг/г, а палладия — 235 нг/г. В среднем в растворимых формах присутствуют 10% платины и 4% палладия от их общего содержания в пыли. На наночастицы приходится менее 2% платины и палладия. Выявленные концентрации платины и палладия значительно выше средних концентраций платины и палладия в земной коре (около 1 нг/г).
Как отмечают в ГЕОХИ РАН, выявленные концентрации в пыли на 1–2 порядка выше — из-за загрязнения выбросами автокатализаторов. Основная доля этих металлов находится во фракции микрочастиц. Несмотря на то, что платина и палладий в виде микрочастиц относительно инертны (малоподвижны), при изменении условий окружающей среды они могут переходить в растворимые, более подвижные и токсичные соединения.
«Однако, по данным ВОЗ, в настоящее время угрозы, связанные с выбросом платины и палладия из автомобильных катализаторов, отсутствуют вследствие низких концентраций. Быть может, в перспективе полученные нами результаты, послужат основой для разработки технологий извлечения полезных компонентов, в том числе платиновых металлов из пыли», — подводит итог заместитель директора ГЕОХИ РАН, заведующий лабораторией геохимии наночастиц, доктор химических наук Петр Федотов.
