Nový „švýcarský armádní nůž“ čistí znečištění vody

Spoluautoři Vinayak Dravid և Stephanie Ribbet studují základ jejich obnovy při odstraňování fosfátů և. Půjčka: Northwestern University

Nejprve byly použity k absorpci oleje ve vodě.

Znečištění fosfáty v řekách, jezerech a jiných vodních tocích dosáhlo nebezpečných úrovní, což způsobilo rozkvět řas a hlady ryb a vodních rostlin po kyslíku. Farmáři po celém světě se zároveň vyrovnávají s vyčerpáním zásob fosfátových hnojiv, která zásobují polovinu světové zásoby potravin.

Inspirováno mnoha vodními plochami poblíž Chicaga: a Northwestern University– Tým vedený společností vyvinul způsob, jak opakovaně odstraňovat a znovu používat fosfáty z kontaminované vody. Vědci přirovnávají vývoj k „švýcarskému armádnímu noži“ k eliminaci znečištění, protože přizpůsobují svou membránu tak, aby absorbovala další znečišťující látky, a poté je uvolňují.

Studie bude zveřejněna během týdne 31. května 2021 Vědecký bulletin Národní akademie věd,

Fosfor je srdcem světového potravinového systému i veškerého života na Zemi. Každý živý organismus na planetě to vyžaduje. Fosfor se nachází v buněčných membránách, jejichž lešení DNA: և v naší kostře. Ačkoli v atmosféře lze nalézt další klíčové prvky, jako je kyslík a dusík, fosfor nemá žádné analogy. Malé množství užitečného fosforu pochází ze zemské kůry, jejíž čištění vzduchem trvá tisíce nebo dokonce miliony let. A naše doly docházejí.

Článek „Atlantik v Atlantiku“ od Atlantiky Ulie Rosenové, napsaný v roce 2021, cituje práci Isahaka Asimova z roku 1939. Esej, ve které americký spisovatel a chemik nazval fosfor „dřevákem života“.

Vzhledem k nedostatku tohoto neobnovitelného přírodního zdroje je smutné, že mnoho našich jezer trpí procesem zvaným eutrofizace, ke kterému dochází, když do zdroje přírodní vody vstupuje příliš mnoho živin. Když se hromadí fosfáty և další minerály, vodní vegetace a řasy jsou příliš husté a spotřebovávají kyslík z vody և, což nakonec zabíjí vodní život.

„Dříve jsme používali fosfát mnohem více,“ řekla Stephanie Ribbett, první autorka článku. „Teď to jen vezmeme ze země, jednou použijeme a po použití nalijeme vodu do vodních zdrojů. Je to tedy problém znečištění, problém stability, problém oběhového hospodářství. “

Ochranci životního prostředí a inženýři tradičně vyvinuli strategie pro řešení rostoucích ekologických a zdravotních problémů kolem fosfátů odstraněním fosfátů z vodních zdrojů. Teprve nedávno se přesunul důraz na odstraňování fosfátů z restaurátoru.

„V laboratoři můžete vždy dělat určité věci,“ říká spoluautor studie Vinayak Dravid. „Ale pokud jde o škálování, existuje Vennův diagram, kde musíte být schopni škálovat technologii, chcete, aby byla efektivní, musí být cenově dostupná. „Na té křižovatce těch tří dříve nic nebylo, ale naše houba vypadá jako platforma, která splňuje všechny tyto standardy.“

Dravid Abraham Harris je profesorem vědy a techniky na Northwester’s McCormick Engineering School, zakládajícím ředitelem experimentálního centra pro atomovou nanoscale na severozápadní univerzitě (NUANCE), ředitelem experimentálního zdroje pro měkkou hybridní nanotechnologii. Dravid také působí jako ředitel globálních iniciativ na Northwestern International Institute of Nanotechnology. Ribet je PhD. Student Dravid Lab առաջին První autor novin.

Lehká membrána Team Phosphate Removal Lightweight (PEARL) je porézní, pružná základna (například pokrytá houba, hadřík nebo vlákno), která selektivně odděluje až 99% fosfátových iontů od kontaminované vody. Fólii PEARL potaženou nanostrukturami vázajícími fosfáty lze upravit řízením pH nebo absorpcí nebo uvolňováním živin, což umožňuje opětovné použití fosfátů և membrány pro více cyklů.

Současné metody odstraňování fosfátů jsou založeny na komplexních, zdlouhavých, vícestupňových metodách. Většina z nich po odstranění neregeneruje fosfát a nakonec vytváří velké množství fyzického odpadu. Membrána PEARL poskytuje jednoduché jednostupňové odstranění fosfátu, který jej také účinně obnovuje. Je také opakovaně použitelný a nezpůsobuje fyzický odpad.

Pomocí vzorků z rekreační oblasti v Chicagu vědci testovali svou teorii s přidanou složitostí skutečných vzorků vody.

„Často tomu říkáme řešení problému gigaton v nanoměřítku,“ řekl Dravid. „Interakce v nanoměřítku, které jsme studovali, mají v mnoha ohledech dopad na zotavení na makroúrovni.“

Tým ukázal, že přístup založený na houbách je účinný na stupnicích od miligramů do kilogramů, což slibuje ještě větší měřítko.

Tento výzkum je založen na předchozím vývoji stejného týmu. Vikas Nandvana, člen skupiny Dravid a spoluautor této studie, byl prvním autorem, který použil houbu OHM (oleofilní hydrofobní multifunkční) houbu, která selektivně odstranila stejnou platformu houby, aby se obnovila kontaminace oleje vodou. Úpravou povlaku nanomateriálu uvnitř membrány plánuje tým příště použít rámec typu plug-and-play, který by dohnal těžké kovy. Ribet uvedl, že mnoho kontaminantů lze vyřešit najednou pomocí různých materiálů s přizpůsobenými přípravky.

„Tato výzva obnovy vody je tak blízko domova,“ řekl Ribet. „Západní povodí jezera Erie je jednou z hlavních oblastí, na které si myslíte, pokud jde o eutrofizaci. Byl jsem inspirován, abych se dozvěděl více o výzvách regenerace vody v naší čtvrti Velkých jezer.“

Film „Vylučování fosfátů„ Obnovovací světlo “(PEARL). Přístup k udržitelné obnově životního prostředí “byl podpořen Národní vědeckou nadací (cena č. DMR-1929356). Ve studii byly použity zdrojové objekty SHyNE podporované programem NSF National Nanotechnology Systems Infrastructure (NSF-NCCI).

Autorem příspěvku jsou Benjamin Schindel, Roberto dos Reyes, Vikas Nandvana, všichni ze severozápadu.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.