„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

Nový magnetický fenomén s priemyselným potenciálom

Nový magnetický fenomén s priemyselným potenciálom

Skúmanie sveta veľmi, veľmi malého je pre fyzikov krajinou zázrakov. V tejto nanoúrovni, kde sa študujú materiály tenké ako 100 atómov, sa objavujú úplne nové a neočakávané javy. Príroda sa tu prestáva správať spôsobom, ktorý je predvídateľný makroskopickým zákonom...

Autonómne nanostroje inšpirované prírodou

Autonómne nanostroje inšpirované prírodou

Lekárski výskumníci UNSW, inšpirovaní spôsobom interakcie molekúl v prírode, konštruujú všestranné stroje v nano rozmeroch, aby umožnili ich väčší funkčný rozsah. Aby odolali náročným podmienkam v živých organizmoch, molekulárne stroje musia byť trvalo skonštruované...

Nové modelovanie magnetickými nanočastícami

Nové modelovanie magnetickými nanočastícami

Výskumníci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne vyvinuli nový výpočtový nástroj, ktorý používateľom umožňuje vykonávať simulácie multifunkčných magnetických nanočastíc v bezprecedentných detailoch. Tento pokrok pripravuje pôdu pre novú prácu zameranú na vývoj...

Diaľkové ovládanie pre funkčné materiály

Diaľkové ovládanie pre funkčné materiály

Intenzívna stredná infračervená excitácia sa ukázala ako výkonný nástroj na riadenie magnetických, feroelektrických a supravodivých vlastností zložitých materiálov. Nelineárna fononika je kľúčom k tomuto cieľu, pretože vytláča špecifické atómy z ich rovnovážnych...

Hliníkové nanočastice pre efektívnu tvorbu vodíka

Hliníkové nanočastice pre efektívnu tvorbu vodíka

Hliník je vysoko reaktívny kov, ktorý dokáže odstraňovať kyslík z molekúl vody a vytvárať plynný vodík. Jeho rozšírené použitie vo výrobkoch, ktoré sa namočia, nepredstavuje žiadne nebezpečenstvo, pretože hliník okamžite reaguje so vzduchom a získava povlak oxidu...

Sľubný nový prístup k obnove kostného tkaniva

Sľubný nový prístup k obnove kostného tkaniva

Za posledných 30 rokov vedecká komunita pracovala na vývoji syntetickej alternatívy kostných štepov na opravu chorých alebo poškodených kostí. Výskumníci z McGill University použili kanadský svetelný zdroj (CLS) na univerzite v Saskatchewane na pokrok v novej metóde...

Drobné elektrické generátory by mohli urýchliť hojenie rán

Drobné elektrické generátory by mohli urýchliť hojenie rán

Drobné obväzy, ktoré generujú elektrinu v reakcii na pohyb, by mohli urýchliť hojenie rán a regeneráciu tkaniva. Vedci z Taiwanu zhodnotili najnovšie pokroky a potenciálne aplikácie technológie hojenia rán v časopise Science and Technology of Advanced Materials....

Grafén môže nahradiť vzácny kov aj v obrazovkách

Grafén môže nahradiť vzácny kov aj v obrazovkách

Výskumníci z Paragraf a Queen Mary University of London demonštrovali úspešnú výrobu organickej svetelnej diódy (OLED) s jednovrstvovou grafénovou anódou, ktorá nahradila ITO v organických diódach vyžarujúcich svetlo. Nová štúdia je publikovaná v časopise Advanced...

Papier Xuan idea pre novú fóliu s vynikajúcimi vlastnosťami

Papier Xuan idea pre novú fóliu s vynikajúcimi vlastnosťami

Papier Xuan, je dôležitým nositeľom tradičnej čínskej kaligrafie a maliarskeho umenia. Je tiež vzácnym kultúrnym dedičstvom čínskeho národa. Má viac ako 1500-ročnú históriu a remeselné spracovanie papiera Xuan je zapísané ako súčasť svetového nehmotného kultúrneho...

Nový senzor deteguje stále menšie nanočastice

Nový senzor deteguje stále menšie nanočastice

Bežné mikroskopy vytvárajú zväčšené obrazy malých štruktúr alebo predmetov pomocou svetla. Nanočastice sú však také malé, že sotva absorbujú alebo rozptyľujú svetlo a preto zostávajú neviditeľné. Optické rezonátory zvyšujú interakciu medzi svetlom a nanočasticami:...

Odomkli technológiu na výrobu nerozbitných obrazoviek

Odomkli technológiu na výrobu nerozbitných obrazoviek

Odomkli technológiu na výrobu nerozbitných obrazoviek Prasknuté obrazovky telefónov by sa mohli stať minulosťou vďaka prelomovému výskumu uskutočnenému na University of Queensland. Globálny tím výskumníkov, vedený Dr. Jingwei Hou z UQ, profesorkou Lianzhou Wang a...

Flexibilné zariadenie by mohlo liečiť stratu sluchu

Flexibilné zariadenie by mohlo liečiť stratu sluchu

Flexibilné zariadenie by mohlo liečiť stratu sluchu bez batérií Niektorí ľudia sa so stratou sluchu narodia, iní ju získajú vekom, infekciami alebo dlhodobým vystavením hluku. V mnohých prípadoch sú poškodené drobné chĺpky v slimáku vnútorného ucha, ktoré mozgu...

Energia z morských vĺn vďaka nanogenerátorom

Energia z morských vĺn vďaka nanogenerátorom

Energia z morských vĺn s flexibilným nanogenerátorom podobným morským riasam. Vlny oceánu môžu byť silné a obsahujú dostatok energie na to, aby počas búrok tlačili piesok, kamienky a dokonca aj balvany. Tieto vlny, ako aj menšie a miernejšie, by sa dali využiť ako...

Inteligentné rúško prispôsobivé aktivite a úrovni znečistenia.

Inteligentné rúško prispôsobivé aktivite a úrovni znečistenia.

Inteligentné rúško prispôsobivé aktivite a úrovni znečistenia. Počas pandémie koronavírusu si mnoho ľudí zvyklo nosiť rúško na ochranu seba a ostatných ale to neznamená, že masky sú vždy pohodlné - obzvlášť počas aktivity. Vedci vyvinuli dynamický respirátor, ktorý...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov