Iată materialul care contracarează contaminarea cu mercur!
Într-o încercare a de a reduce concentrațiile acestui metal toxic din mediu, cercetătorii au creat materialul care contracarează contaminarea cu mercur.
Cercetătorii estimează că emisiile de mercur în atmosferă s-au dublat de patru ori de la Revoluția Industrială și până acum.
Metalul greu, generat de arderea combustibililor fosili și de eliminarea deșeurilor industriale și medicale, a devenit atât de persistent în mediile acvatice încât U.S. Food and Drug Administration sugerează că în jur de 6 specii de pești sunt atât de contaminate cu mercur încât oamenii ar trebui să evite consumul lor.
Materialul care contracarează contaminarea cu mercur
Cercetătorii lucrează de mulți ani la dezvoltarea sistemelor de îndepărtare a mercurului din apă. Dar o echipă de la Universitatea Drexel, din SUA, este posibil să fi găsit materialul care contracarează contaminarea cu mercur, chiar și la niveluri scăzute, pentru a curăța corpurile de apă contaminate.
Printre multe metode de îndepărtare a mercurului din apă, adsorbția, procesul de atragere și îndepărtare chimică a contaminanților, este cea mai promițătoare tehnologie datorită simplității sale relative, eficienței și costului scăzut, potrivit profesorului dr. Masoud Soroush, la Colegiul de Inginerie Drexel, al cărui laborator dezvoltă o nouă tehnologie de adsorbție.
„Adsorbanții moderni, cum ar fi rășinile, siliciul mezoporos, calcogenurile și cărbunele mezoporos, au eficiențe mai mari decât adsorbanții tradiționali, cum ar fi carbonul activat, argilele și zeoliții, care au o afinitate scăzută față de mercur și capacități scăzute”, a spus Soroush.
„Cu toate acestea, problema cu toate aceste materiale este că eficiența lor de eliminare a mercurului încă este scăzută și ele nu sunt capabile să scadă nivelul de mercur la mai puțin de 1 parte per miliard”, spune el, potrivit Phys.org.
Echipa de cercetători condusă de Soroush, formată din oameni de la Drexel și Temple University, a explorat sintetizarea și utilizarea unui MXene de carbură de titan modificat la suprafață pentru îndepărtarea mercurului.
Cum a fost realizat materialul care contracarează contaminarea cu mercur?
MXenele sunt o familie de nanomateriale bidimensionale care a fost descoperită la Drexel în urmă cu mai bine de un deceniu și a demonstrat multe proprietăți excepționale. Echipa și-a raportat recent rezultatele în Journal of Hazardous Materials.
Pentru îndepărtarea ionilor de mercur, avantajele carburei de titan MXene, conform lui Soroush, sunt suprafața încărcată negativ și adaptabilitatea chimiei suprafeței sale, făcând MXene atractiv pentru îndepărtarea ionilor de metale grele.
Datorită acestor proprietăți și structurii stratificate a MXene, materialele pe bază de carbură de titan MXene au demonstrat performanțe superioare în separarea gazelor, în îndepărtarea sării din apă, în uciderea bacteriilor și în dializa renală.
„Știam că materialele 2D, cum ar fi oxidul de grafen și disulfura de molibden, au fost anterior eficiente în îndepărtarea metalelor grele din apele uzate prin adsorbție, datorită funcționalităților/structurilor lor chimice care atrag ionii metalici”, a spus Soroush.
„MXenele sunt un tip similar de materiale, dar am estimat că carbura de titan MXene ar putea avea capacități de absorbție mult mai mari decât aceste alte materiale, făcându-l, prin urmare, un sorbant mai bun pentru ionii de mercur”, argumentează cercetătorul.
Modificări pentru sporirea eficienței
Dar echipa lui Soroush trebuia să facă o ajustare cheie la structura chimică a carburii de titan MXene pentru a îmbunătăți și mai mult materialul care contracarează contaminarea cu mercur pentru una dintre sarcinile sale cele mai dificile.
„Mercurul nu este numit argint din întâmplare: este destul de evaziv odată emis în mediu, fie prin arderea combustibililor fosili, prin minerit sau prin incinerarea deșeurilor”, a spus Soroush.
„Își schimbă rapid forma chimică, crescându-i toxicitatea și făcându-l extrem de dificil de îndepărtat din corpurile de apă, unde se acumulează inevitabil. Așadar, pentru a atrage ionii de mercur și mai repede, a trebuit să modificăm suprafața fulgilor de carbură de titan MXene”, explică el.
Cum funcționează materialul?
Există o atracție naturală între ionii de mercur și suprafața MXene cu carbură de titan, deoarece ionii metalici, precum mercurul, sunt încărcați pozitiv, iar suprafața fulgilor MXene este încărcată negativ. Cu toate acestea, pentru a scoate cu o putere mai mare ionii de mercur din apă, echipa trebuia să îi dea un impuls acestei atracții.
În acest scop, au tratat fulgii de MXene cu acid cloracetic, un proces numit carboxilare, care îi oferă MXene-ului grupări puternice de acid carboxilic extrem de mobile și crește sarcina negativă de suprafață a fulgilor de MXene, îmbunătățind capacitatea fulgilor de a atrage și reține ionii de mercur.
Rezultatul a fost un nou material absorbant, carbură de titan carboxilată MXene, care a demonstrat o absorbție mai rapidă a ionilor de mercur și o capacitate mai mare decât toți adsorbanții disponibili comercial, potrivit cercetătorilor.
Materialul care contracarează contaminarea cu mercur și-a dovedit calitățile
„Carbura de titan carboxilată MXene s-a dovedit a fi cu mult superioară materialului absorbant utilizat în prezent pentru îndepărtarea ionilor de mercur. Într-un minut a reușit să elimine 95% din ionii de mercur dintr-o probă de apă contaminată la o concentrație de 50 de părți per milion, ceea ce înseamnă că ar putea fi eficace și suficient de eficient pentru a fi utilizat în tratarea apelor uzate la scară largă”, a spus Soroush.
În cinci minute, carbura de titan MXene și carbura de titan carboxilată MXene au îndepărtat 98% din ionii de mercur dintr-o probă de apă de 10 mililitri contaminată cu ioni de mercur la concentrații între 1 și 1000 de părți per milion.
„Acest lucru indică faptul că atât MXene, cât și MXene carboxilat sunt adsorbanți eficienți pentru a îndepărta ionii de mercur din apele uzate datorită proprietăților lor structurale speciale și densității mari a grupurilor funcționale de suprafață”, a scris echipa.
Un mecanism în doi pași
„În general, mecanismul de adsorbție al ionilor metalici urmează doi pași; la început, ionii sunt adsorbiți rapid pe locurile active disponibile, iar procesul este rapid. Adsorbția se desfășoară mai lent pe măsură ce locurile de adsorbție se umplu, iar ionii trebuie să difuzeze în pori și în stratul intermediar”, continuă cercetătorii.
Progresul este semnificativ în lupta pentru limitarea poluării cu mercur, care a devenit atât de răspândită încât autoritățile sanitare recomandă evitarea consumului anumitor specii de pești. Eforturile de a limita mercurul eliberat prin arderea combustibililor fosili s-au dovedit la fel de dificile precum însăși reducerea dependenței de combustibili.
Soluția care ne va scăpa de poluare
În timp ce renunțarea la sursele de energie poluante este soluția finală pentru prevenirea eliberării în mediu a metalelor grele, cum ar fi mercurul, Soroush sugerează că această descoperire ar putea conduce la noi posibilități de curățare a poluării care a fost deja creată.
„Ne imaginăm că utilizarea tehnologiei cu MXene carboxilat va elimina toți ionii de metale grele. Pe lângă utilizarea de MXene carboxilat ca sorbent, o altă modalitate de a realiza acest lucru este fabricarea de filtre acoperite cu sau care să încorporeze MXene carboxilat”, a spus el.
Vă recomandăm să citiți și:
Microroboții inteligenți au învățat să înoate și să navigheze folosind AI
Organe de porc, readuse la viață cu ajutorul unei noi tehnologii
Neuronul artificial de 1 milion de ori mai rapid decât cel natural tocmai a fost creat