Исследователи из Университета Райса обнаружили, что углеродные нанотрубки, зафиксированные в пучке кварцевого волокна, обладают способностью удалять токсичные тяжелые металлы из воды.

Фильтры, созданные в лаборатории химика Эндрю Баррона (Andrew Barron) тогдашним старшеклассником Перри Алагаппаном (Perry Alagappan), поглощают более 99 процентов металлов из образцов с кадмием, кобальтом, медью, ртутью, никелем и свинцом. После полного насыщения эти фильтры можно промыть мягким бытовым химическим веществом, таким как уксус, и повторно использовать.

 

 

Кварцевое волокно (сверху) приобретает способность удалять токсичные металлы из воды при добавлении углеродных нанотрубок (снизу). Фильтры поглощали более 99 процентов металлов из образцов с кадмием, кобальтом, медью, ртутью, никелем и свинцом. После насыщения фильтры можно промыть и повторно использовать.

 Credit: Barron Research Group/Rice University

 

Исследователи подсчитали, что один грамм материала может обрабатывать 83 000 литров загрязненной воды для соответствия стандартам Всемирной организации здравоохранения – это достаточно для удовлетворения ежедневных потребностей 11 000 человек.

Отчет лаборатории о новых фильтрах появится в этом месяце в Nature в режиме открытого доступа.

Разработанные прочные фильтры состоят из углеродных нанотрубок, выращенных на кварцевых волокнах, которые затем подвергаются химическому эпоксидированию. Лабораторные тесты показали, что масштабированные версии фильтров с нанесенной эпоксидированной углеродной нанотрубкой (англ. "supported-epoxidized carbon nanotube", SENT) оказались способными обрабатывать 5 литров воды менее чем за одну минуту и восстанавливаться через 90 секунд. Материал сохранял почти 100 процентов своей способности фильтровать воду до 70 литров на 100 грамм SENT, после чего содержащиеся металлы можно было извлечь для повторного использования или превратить в твердое вещество для их безопасного удаления.

В то время как кварцевая подложка придает фильтру форму, а оболочка из углеродных нанотрубок делает ее жесткой, эпоксидирование посредством окисляющей кислоты, по-видимому, и является ответственным за адсорбирование металла.

Баррон сказал, что сырье для фильтра является недорогим и использование уксуса – обычная вещь, поэтому это должно упростить процесс очитки фильтров для повторного использования даже в отдаленных местах. «Каждая культура на планете знает, как сделать уксус», - сказал он.

«Это оказало бы огромное социальное воздействие на очистку воды в отдаленных, развивающихся регионах», - сказал Баррон. - «Также существует потенциал использования фильтра для увеличения добычи металлов, в частности из шахтных сточных вод».

Исследование Алагаппана получило ряд наград. Во-первых, это был главный приз в области наук об окружающей среде на научно-технической ярмарке в Хьюстоне в 2014 году. Это позволило ему выйти на Международную научно-техническую выставку Intel в Лос-Анджелесе в следующем году, где он также принял высшую экологическую награду. А главный приз Стокгольмской премии за воду в 2015 году вручила ему сама принцесса Швеции.

«Огромная честь для этого исследования быть признанным на международном уровне, и я благодарен за возможность работать над этим проектом вместе с такой талантливой группой людей», - сказал Алагаппан. - «Я также особенно оценил возможность встретиться с другими молодыми исследователями на Международной научной ярмарке Intel и в Стокгольмской премии за воду для молодежи, которая вдохновила меня на дальнейшую работу в области науки и техники».

Источник: Perry N. Alagappan, Jessica Heimann, Lauren Morrow, Enrico Andreoli, Andrew R. Barron. Easily Regenerated Readily Deployable Absorbent for Heavy Metal Removal from Contaminated Water. Scientific Reports, 2017; 7 (1) DOI: 10.1038/s41598-017-06734-7

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта