Главные Новости
Владимир Зеленский Техно Кино Автоновости
Нанопористые материальные сети загрязняют воду
Автор: Allnewsua.live

Токсичное химическое вещество загрязняет воду в 43 штатах.

Едва видимый материал, похожий на крошечные песчинки, может стать ключом к устранению невидимой угрозы для здоровья, которая загрязнила водоснабжение по всей стране. Исследователи из PNNL успешно протестировали высокопористые материалы и обнаружили, что они могут поглощать ключевые компоненты класса токсичных химических веществ, обнаруженных в 43 штатах.

Ученые-материаловеды в PNNL являются экспертами по оптимизации металлических органических каркасов или MOF. Эти наноразмерные пористые материалы с металлическими центрами могут притягивать, удерживать, а затем и выделять определенные химические вещества. Исследователи PNNL недавно продемонстрировали MOF, который быстро поглощает фторсодержащие соединения, которые широко использовались в противопожарной пене и антипригарной посуде.

Эти пер- и полифторалкильные вещества (PFAS) устойчивы к жирам и воде, поэтому они использовались в некоторых упаковках для пищевых продуктов, в тканезащитных тканях и коврах, а также в косметике. Загрязнение питьевой воды обычно связано с определенным объектом, таким как завод или военная база. PFAS не разрушается в окружающей среде или человеческом теле.

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, необходимы дополнительные исследования воздействия на здоровье, но некоторые исследования на людях показали, что некоторые воздействия могут влиять на рост, обучение и поведение младенцев и детей старшего возраста, снижают шансы женщины забеременеть, мешают с естественными гормонами организма, повышают уровень холестерина, влияют на иммунную систему и повышают риск развития рака.



Агентство по охране окружающей среды рекомендует ограничить концентрацию в питьевой воде 70 частями на триллион для двух наиболее распространенных соединений в классе: перфтороктансульфоната (ПФОС) и перфтороктановой кислоты (ПФОА).

Обладая более чем 20-летним опытом работы с MOF, исследовательская группа PNNL основывалась на прошлых исследованиях и выдвинула гипотезу, что MOF с только правильными характеристиками может адсорбировать ПФОС из воды.

«Мы рады найти MOF, который продемонстрировал отличные возможности захвата при высоких концентрациях ПФОС», - сказала Радха Моткури, руководитель группы по разработке материалов. «Мы начали с двух кандидатов в Минфин - один с железным центром, а другой с хромом. Внутренние структуры действуют как маленькие металлические «крючки», которые позволяют материалу удерживать соединения PFAS ».

Обе MOF работали намного лучше, чем существующая технология, которая состоит в основном из гранулированных фильтров с активированным углем. Но в лабораторных испытаниях, о которых недавно сообщалось в журнале «Неорганическая химия», MOF на основе хрома обладал чрезвычайно высокой скоростью захвата - вероятно, из-за его однородных пор, высокоактивных участков сорбента и внутренних каналов.

«Существует очень высокое химическое сродство с хромом, притягивающим серную головную группу и хвост фтора на ПФОС, что наблюдалось нашими измерениями в рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии», - сказал соответствующий автор Dev Chatterjee. «Это одна из причин того, что он работает так хорошо по сравнению с существующими фильтрами с активированным углем».

И МО, и хром, и железо устойчивы в воде. Это важно, потому что их можно промыть пресной водой для удаления ПФОС, и, по оценкам исследователей, материал можно использовать до сотен раз.

MOF можно рассматривать как металлическую сетку - скорее, как сетку для рыб - которая выкапывает ПФОС, позволяя другим молекулам проходить через определенные параметры.



«Именно способность адаптировать характеристики, такие как размер пор, активные участки, ориентация и взаимодействие MOF с химическими веществами, делает опыт команды PNNL в области MOF таким ценным», - сказала Дженнифер Ли, менеджер по коммерциализации PNNL. «Это означает, что другие MOF могут быть модифицированы для многих дополнительных загрязнителей и использования».

Чтобы наблюдать производительность, ПФОС объединяли независимо в 5-миллиметровых флаконах с железным MOF, хромовым MOF или гранулированным активированным углем в чрезвычайно чувствительном спектрометре, который показал концентрацию ПФОС во времени. MOF на основе хрома почти полностью адсорбировал загрязнитель в течение нескольких секунд. При использовании коммерчески доступного активированного угля практически не наблюдалось снижения.

«Чистая чистая вода так важна для всего человечества», - сказал Моткури. «Мы предполагаем развертываемую в полевых условиях систему, через которую однажды будет проходить вода, Минфин будет собирать загрязняющие вещества, и будет выходить чистая вода».

Чаттерджи и остальная часть команды разрабатывают запатентованный электрохимический сенсор на основе MOF, который бы обнаруживал сверхтрассовые уровни загрязнения PFAS, а также помогал бы проводить операции по очистке.

Анализы ядерного магнитного резонанса и рентгеновского фотоэлектронного спектрометра были проведены в EMSL, Лаборатории молекулярной науки об окружающей среде, в лаборатории пользователя Министерства энергетики США в PNNL.

Работа была поддержана в рамках Программы научных исследований и разработок PNNL. Ранее разработка материалов финансировалась Управлением геотермальных технологий Министерства энергетики.

В дополнение к Моткури и Чаттерджи в состав команды входили исследователи PNNL Душянт Барпага, Цзян Чжэн, Ки Сунг Хан, Дженнифер Солтис, Вайтиялингам Шуттанандан и Б. Питер Макгрейл с Сагником Басураем из Технологического института Нью-Джерси.

Источник: ПННЛ

Перекладено з EN: Technology Org.


Читать также: