(mining.com) - Инженеры Северо-Западного университета США разработали новую губку, которая может удалять металлы, в том числе токсичные тяжелые металлы, такие как свинец, и критические металлы, такие как кобальт, из загрязненной воды, оставляя после себя безопасную питьевую воду.
В статье, опубликованной в журнале ACS ES&T Water, исследователи объясняют, что они протестировали свою новую губку на сильно загрязненном образце водопроводной воды, содержащей более 1 части на миллион свинца. При использовании губка приводит к снижению содержания веществ по сравнению к изначально обнаруженными. После использования губки ученые также смогли успешно извлечь металлы и повторно использовать губку в течение нескольких циклов.
«Присутствие тяжелых металлов в системе водоснабжения является огромной проблемой для общественного здравоохранения во всем мире», — заявил Винаяк Дравид (Vinayak Dravid), старший автор исследования. «Это гигатонная проблема, требующая решений, которые можно легко, эффективно и недорого развернуть. Вот где на помощь приходит наша губка. Она может удалить загрязнения, а затем использоваться снова и снова».
Дравид отметил, что этот проект основан на его предыдущей работе по разработке высокопористых губок для очистки разливов нефти. Губка с покрытием из наночастиц в настоящее время коммерциализируется компанией Northwestern MFNS Tech.
Но, по мнению исследователя, этого недостаточно.
«Когда происходит разлив нефти, вы можете удалить нефть, но в воде также остаются токсичные тяжелые металлы, такие как ртуть, кадмий, сера и свинец. Таким образом, даже когда вы удаляете масло, некоторые другие токсины могут остаться», — отметил он.
Марганец на помощь
Для решения проблемы команда Дравида снова обратилась к губкам, покрытым ультратонким слоем наночастиц, в данном случае гетита, легированного марганцем. Наночастицы гетита, легированные марганцем, не только недороги в производстве, легкодоступны и нетоксичны для человека, но и обладают свойствами, необходимыми для селективного удаления тяжелых металлов.
«Вам нужен материал с большой площадью поверхности, чтобы было больше места для прилипания к нему ионов свинца», — сказал Бенджамин Шиндел (Benjamin Shindel), первый автор статьи. «Эти наночастицы имеют большую площадь поверхности и множество реакционноспособных участков поверхности для адсорбции, и они стабильны, поэтому их можно многократно использовать повторно».
Команда синтезировала суспензии наночастиц гетита, легированного марганцем, а также несколько других композиций наночастиц и покрыла этими суспензиями имеющиеся в продаже целлюлозные губки. Затем губки с покрытием промыли водой, чтобы смыть любые незакрепленные частицы. Окончательные покрытия имели толщину всего в несколько десятков нанометров.
При погружении в загрязненную воду губка с покрытием из наночастиц эффективно изолировала ионы свинца. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США требует, чтобы питьевая вода в бутылках содержала менее 5 частей на миллиард свинца. В испытаниях фильтрации губка снизила количество свинца примерно до 2 частей на миллиард, что сделало воду безопасной для питья.
Потом команда промыла губку слегка подкисленной водой. Раствор заставил губку высвободить ионы свинца и быть готовой к следующему использованию. Хотя производительность губки снизилась после первого использования, она по-прежнему восстанавливала более 90% ионов во время последующих циклов использования.
Эта способность собирать, а затем извлекать тяжелые металлы особенно ценна для удаления редких, критических металлов, таких как кобальт, из водных источников.
«Для технологий возобновляемой энергии, таких как аккумуляторы и топливные элементы, необходимо извлечение металлов», — сказал Дравид. «Иначе в мире не хватит кобальта для растущего числа аккумуляторов. Мы должны найти способы извлечения металлов из очень разбавленных растворов. В противном случае он становится ядовитым и токсичным, просто находясь в воде. С тем же успехом мы могли бы сделать из него что-нибудь ценное».
