„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.

„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