„Nanopoháre“ zachytávajú rozpustený oxid uhličitý a toxické ióny z vody

Publikoval: ejrick van newman
28. augusta 2021

„Nanopoháre“ zachytávajú rozpustený oxid uhličitý a toxické ióny z vody.

Oxid uhličitý z atmosféry sa môže rozpúšťať v oceánoch, jazerách a rybníkoch a vytvárať bikarbonátové ióny a ďalšie zlúčeniny, ktoré menia chémiu vody s možnými škodlivými účinkami na vodné organizmy. Hydrogenuhličitan navyše môže neskôr znova vstúpiť do atmosféry ako oxid uhličitý, čo prispieva k zmene klímy.

Vedci vyvinuli malé „nanopoháre“, oveľa menšie ako šírka ľudského vlasu, ktoré rozdeľujú bikarbonát na uhličitan a zachytávajú ho, ako aj určité toxické anióny, takže ióny je možné odstrániť a potenciálne recyklovať.

„Pôvodne sme vyvinuli nanopoháre na extrakciu škodlivých a negatívne nabitých iónov, ako je chromát a arzeničitan z vody,“ hovorí Gellert Mezei, Ph.D. „Ukazuje sa však, že sa tiež silne viažu na uhličitan. Uhličitan alebo iné ióny zachytené v nanopohároch môžu byť neskôr zlikvidované alebo recyklované do užitočných produktov“, hovorí.

Nanopoháre sú malé nádoby zložené z viacerých opakujúcich sa jednotiek iónu medi, pyrazolovej skupiny a hydroxidu. Nanopoháre sa formujú iba vtedy, ak je prítomný ión s nábojom –2, ako je chromát, arzenát, fosfát alebo uhličitan. Keď sa do organického rozpúšťadla pridajú správne prísady, vytvoria sa opakujúce jednotky, ktoré sa spoja do nanojpohára, pričom je anión s nábojom -2 pevne spojený v strede.

Na odstránenie aniónov z vody vedci pridali rozpúšťadlo obsahujúce nanopohárové zložky, ktoré na vrchu vody vytvorili organickú vrstvu.

assets.newatlas.com

„Rozpúšťadlo sa nezmieša s vodou, ale anióny z vody sa môžu dostať do tejto organickej vrstvy,“ vysvetľuje Mezei, ktorý je z Western Michigan University. „Potom sa vytvoria nanopoháre, obalia ióny a zachytia ich v organickej fáze.“

Pretože sa vodné a organické vrstvy nemiešajú, dajú sa ľahko oddeliť. Ošetrenie organickej vrstvy slabou kyselinou spôsobí, že sa nanojpoháre rozpadnú a uvoľnia anióny na likvidáciu alebo recykláciu.

Vedci použili nanopoháre na odstránenie toxických aniónov z vody. „Ukázali sme, že dokážeme extrahovať chromát a arzeničitan pod úroveň povolenú pre americkú agentúru na ochranu životného prostredia pre pitnú vodu,“ hovorí Mezei. Nanopoháre majú ešte väčšiu afinitu ku uhličitanu a pridaním molekuly nazývanej 1,10-fenantrolín do zmesi, vznikajú nanopoháre, ktoré na seba naviažu dva uhličitanové ióny namiesto jedného.

Tím tiež vyrobil nanojpoháre, ktoré sú selektívne pre určité anióny. „Pôvodný stavebný blok pyrazolu vytvára nanopoháre, ktoré sú úplne selektívne pre –2 nabité ióny, ale medzi týmito iónmi nemožno rozlišovať,“ hovorí Mezei.

Vedci pomocou stavebného bloku z dvoch pyrazolov viazaných etylénovým linkerom vyrobili nanopoháre, ktoré sa prednostne viažu na uhličitan. Nedávno sa ukázalo, že použitie dvoch pyrazolov s propylénovým linkerom produkuje sulfátovo selektívne nanopoháre. Tieto anion oddeľujúce nanopoháre budú dôležité pre aplikácie, v ktorých by mali byť odstránené iba určité –2 nabité ióny.

Vedci tiež pracovali na tom, aby bol tento proces vhodnejší pre aplikácie v reálnom svete. Preto napríklad vymenili slabú zásadu, trioktylamín, za silnú zásadu, hydroxid sodný, pôvodne používaný na výrobu nanopohárov.

„Trioktylamín, na rozdiel od hydroxidu sodného, je rozpustný v organickej fáze a výrazne uľahčuje tvorbu nanopohárov,“ hovorí Mezei. Je zaujímavé, že trioktylamín spôsobuje, že sa nanopoháre vytvárajú s mierne odlišnými štruktúrami, ktoré označuje ako „uzavreté“ nanopoháre, ale zdá sa, že rovnako pevne viažu uhličitan.

Všetky experimenty boli doteraz vykonávané v laboratórnom meradle. Vývoj systému na úpravu veľkých objemov vody, napríklad v jazere, si bude vyžadovať spoluprácu s inžiniermi, hovorí Mezei. Predpokladá však, že kontaminovanú vodu z jazera by bolo možné čerpať do stanice na úpravu a potom vrátiť do jazera. Niektoré ióny, ako napríklad fosfát, je možné recyklovať na užitočné účely, napríklad na hnojenie. Uhličitan môže byť recyklovaný na výrobu „zelených“ rozpúšťadiel, nazývaných uhličitanové estery, pre samotnú extrakciu nanopohárom.

„Či tento proces odstraňovania oxidu uhličitého z vody a nepriamo z atmosféry bude konkurencieschopný s inými technológiami, to zatiaľ neviem,“ hovorí Mezei. „Existuje mnoho aspektov, ktoré je potrebné vziať do úvahy a to je ošemetná vec.“

Zdroj: nano-magazine.com

PREČÍTAJTE SI AJ

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

Inovatívna oblasť kozmetickej vedy nedávno upozornila na lignínové nanočastice (LNP) pre ich výnimočný potenciál pri posilňovaní opatrení na ochranu pred slnkom v rámci produktov starostlivosti o pleť. Tieto nanočastice sú oslavované pre ich vynikajúcu schopnosť...

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

Pre ľudí s poruchami hlasu, vrátane tých, ktorí majú patologické stavy hlasiviek alebo ktorí sa zotavujú po operáciách rakoviny hrtana, je často ťažké alebo nemožné hovoriť. To sa môže čoskoro zmeniť. Tím inžinierov z UCLA vynašiel mäkké, tenké a pružné zariadenie s...

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

V súčasnosti sa viskózové textílie vyrábajú z biomasy z lesa a úplne recyklovaná viskóza neexistuje. Vedcom z univerzity v Lunde vo Švédsku sa teraz podarilo vyrobiť novú viskózu – z opotrebovaných bavlnených obliečok. Staré textílie po celom svete končia na smetisku...

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

Prevratný vývoj v liečbe poranení miechy predstavuje nový prístup prostredníctvom použitia špecializovanej nanotechnológie. Tento dodávací systém, známy ako nanogél, je duchovným dieťaťom výskumníkov z Politecnico di Milano. Je dômyselne navrhnutý tak, aby sa...

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

Mäkká robotika je náuka o vytváraní robotov z mäkkých materiálov, ktorá má výhodu flexibility a bezpečnosti pri interakciách medzi ľuďmi. Tieto roboty sú vhodné pre aplikácie od zdravotníckych zariadení až po zvyšovanie efektivity pri rôznych úlohách. Okrem toho,...

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

Výskumníci z Empa a ETH Zurich predstavili inovatívnu chirurgickú techniku, ktorá prináša revolúciu v spôsobe hojenia rán. Táto nová metóda, ktorá sa líši od tradičného prístupu ihly a nite používaného viac ako 5000 rokov, využíva sofistikovaný proces laserového...

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

Prevratné zariadenie na zber energie inšpirované prírodným svetom je nastavené tak, aby spôsobilo revolúciu v tom, ako vyrábame elektrinu z dažďa a vetra. Táto technológia, ktorú vytvoril tím vedcov, efektívne premieňa energiu z dažďových kvapiek a vetra na elektrickú...

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

Zdanlivo jednoduchá látka ľadu bola predmetom prelomovej štúdie v Národnom laboratóriu v Argonne, ktorá odhalila zložitosť jeho správania pri extrémne nízkych teplotách. Základom tejto štúdie je predtavenie, ktoré sa tradične pozoruje blízko bodu mrazu vody....

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

Približne polovica spotreby energie priemernej americkej budovy sa minie na vykurovanie a chladenie. To je veľa vynaložených peňazí, spálených fosílnych palív a záťaže na starnúcu energetickú infraštruktúru v čase vysokých teplôt. Vedci teraz predstavili adaptívnu...

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

Viac ako 2,2 miliardy ľudí v súčasnosti žije v krajinách s nedostatkom vody a OSN odhaduje, že 3,5 milióna ročne zomiera na choroby súvisiace s vodou. Keďže oblasti, ktoré najviac potrebujú lepšiu pitnú vodu, sa nachádzajú aj na niektorých z najslnečnejších miest na...

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

Plastový odpad čoraz viac znečisťuje naše oceány a vodné cesty. Keď sa plasty v prostredí rozkladajú, fragmentujú sa na malé kúsky známe ako mikroplasty a nanoplasty. Mikroplasty sú plastové častice s veľkosťou do 5 mm, zatiaľ čo nanoplasty sú menšie ako 1 mikrón....

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

Dve farebné tekutiny prebublávajúce trubicami: Takto vyzerá batéria budúcnosti? Výskumník Empa David Reber sa rozhodol odpovedať na túto otázku v priebehu nasledujúcich štyroch rokov s podporou grantu Ambizione od Švajčiarskej národnej vedeckej nadácie (SNSF)....

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov