Innowacyjne kryształy oczyszczają wodę z metali bez usuwania przy tym cennych jonów. To szansa na rozwiązanie problemu niedoboru wody [DEPESZA]
Zespół naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory przy Uniwersytecie Kalifornijskim opracował krystaliczny materiał zwany ZIOS, który potrafi błyskawicznie i z dużą dokładnością wychwytywać atomy miedzi ze ścieków. Upowszechnienie tej technologii pozwoli zauważalnie poprawić proces uzdatniania poprzemysłowej wody i usunąć z niej metale ciężkie z atomową precyzją. To z kolei może przyczynić się do rozwiązania coraz poważniejszego problemu niedoboru wody na świecie.
Tradycyjne procesy uzdatniania wody kopalnianej są kosztowne, czasochłonne i często nie są w stanie usunąć metali ciężkich z atomową dokładnością. Rozwiązaniem tego problemu może okazać się innowacyjny materiał krystaliczny opracowany na Uniwersytecie Kalifornijskim, który pozwoli zwiększyć precyzję systemów uzdatniających wodę zanieczyszczoną pierwiastkami metali ciężkich.
– ZIOS ma wysoką zdolność adsorpcji i najszybszą kinetykę adsorpcji miedzi spośród wszystkich znanych dotychczas materiałów – wszystko w jednym – podkreśla Jeff Urban, który kieruje zakładem nanostruktur nieorganicznych w centrum badawczym Molecular Foundry w Berkeley Lab (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley).
Naukowcy z centrum badawczego Molecular Foundry opracowali innowacyjną strukturę krystaliczną, imitującą procesy selektywnego doboru metali zachodzące w świecie natury. ZIOS swoim zachowaniem przypomina białka tworzące komórki bakteryjne, które wyspecjalizowały się w procesie wychwytywania konkretnych metali na potrzeby regulowania procesów metabolizmu komórkowego.
– ZIOS pomaga nam wybierać i usuwać tylko miedź – zanieczyszczenie w wodzie, które jest powiązane z chorobami i niewydolnością narządów, bez usuwania pożytecznych jonów, takich jak składniki odżywcze lub niezbędne minerały – dodaje dr Ngoc Bui, adiunkt w dziedzinie inżynierii chemicznej, biologicznej i materiałowej na Uniwersytecie Oklahomy.
Tym, co wyróżnia tę nowatorską strukturę, jest jej wysoka odporność. Kryształy ZIOS wykazują wysoką stabilność aż do 52 dni od zanurzenia w wodzie. Ponadto znacznie lepiej radzą sobie w kwaśnym środowisku niż struktury metaloorganiczne.
– W nauce o wodzie i przemyśle wodnym wiele rodzin materiałów zostało zaprojektowanych do odkażania ścieków, ale tylko nieliczne są przeznaczone do usuwania metali ciężkich z odwadniania kopalni kwaśnych. Mamy nadzieję, że ZIOS pomoże to zmienić – wskazuje Jeff Urban.
Największą zaletą ZIOS-a jest jego efektywność w procesie uzdatniania. Eksperymenty laboratoryjne wykazały, że nowe kryształy są w stanie wychwycić jony miedzi z wody od 30 do 50 razy szybciej niż wiodące adsorbenty miedzi wykorzystywane obecnie. Tak wysoka skuteczność zaskoczyła naukowców ze względu na niewielką powierzchnię kryształów.
– Zgodnie z dotychczasową wiedzą materiał, który ma wysoką zdolność adsorpcji, powinien mieć dużą powierzchnię właściwą, podobnie jak rodziny adsorbentów takie jak struktury metaloorganiczne lub porowate struktury aromatyczne, dysponujące niezwykle szybką kinetyką adsorpcji – wskazuje Ngoc Bui.
Aby potwierdzić wysoką skuteczność ZIOS-a, zespół opracował symulację dynamiki molekularnej, która miała wyjaśnić, dlaczego materiał przewyższa dotychczasowe metody wychwytywania metali ciężkich. Jak się okazało, ZIOS w wilgotnym środowisku funkcjonuje na podobnej zasadzie co gąbka absorbująca wodę. Materiał nie rozszerza jednak swojej struktury w sposób losowy, tylko robi to w specyficznym kierunku, co pozwala adsorbować cząsteczki wody.
Tę unikalną cechę potwierdziły badania za pośrednictwem promieniowania rentgenowskiego, które wykazały, że ZION składa się z niewielkich nanokanalików o rozmiarach cząsteczek wody, które po zanurzeniu w wodzie rozszerzają się. Dzięki temu przez materiał mogą przedostać się cząsteczki wody z jonami miedzi i w rezultacie wejść z ZIOS-em w reakcję chemiczną zwaną wiązaniem koordynacyjnym.
Naukowcy liczą na to, że dzięki rozwojowi tej technologii będzie można stworzyć zaawansowane systemy selektywnego uzdatniania wód, przystosowane do pracy z konkretnymi metalami ciężkimi.
– Dzisiejsze systemy uzdatniania wody to technologie separacji masowej – usuwają wszystkie substancje rozpuszczone, niezależnie od ich zagrożenia lub wartości – wskazuje Peter Fiske, dyrektor National Alliance for Water Innovation (NAWI) i Water-Energy Resilience Institute (WERRI) w Berkeley Lab. – Wysoce selektywne, trwałe materiały, które mogą wychwytywać określone składniki śladowe bez obciążania ich innymi substancjami, będą miały kluczowe znaczenie dla obniżenia kosztów i energii potrzebnej do procesu uzdatniania wody. Mogą również umożliwić nam wydobywanie ścieków w poszukiwaniu cennych metali lub innych składników śladowych.
Według firmy badawczej Meticulous Market Research wartość globalnego rynku technologii uzdatniania wody do 2025 roku wzrośnie do 221,3 mld dol. W najbliższych latach ma się rozwijać w tempie 6,5 proc. w skali roku.
Czytaj także
- 2024-04-26: Od 28 kwietnia Polacy żyją na ekologiczny kredyt. Zmiana zachowań konsumentów może odwrócić negatywny trend
- 2024-04-19: Maria Sadowska: Często kupujemy ubrania tylko na jeden sezon, a powinniśmy recyklingować modę. Ja jestem królową second handów
- 2024-04-10: Monika Richardson: Zdecydowałam się sprzedać samochód i nie kupować nowego. Naprawa po ostatniej drobnej stłuczce kosztowała ponad 60 tys. zł
- 2024-04-15: Piotr Zelt: Zmiany klimatyczne nabrały już gigantycznego rozpędu. Na każdym kroku trzeba pamiętać o segregacji śmieci, oszczędzaniu wody i recyklingu ubrań
- 2024-04-23: Monika Richardson: Martwi mnie globalne ocieplenie klimatu. Zastanawiam się, jaki świat szykujemy dla naszych wnuków
- 2024-04-04: Już nawet częściowa rezygnacja z mięsa i nabiału przynosi efekty zdrowotne. Znacząco redukuje też ślad węglowy
- 2024-02-08: Osteoporoza to problem ponad 2 mln Polaków, głównie kobiet. Może prowadzić do ciężkiego kalectwa i śmierci, ale w Polsce wciąż jest mocno lekceważona
- 2024-02-22: Niedopałki papierosów powodują co roku 20 mld dol. strat w ekosystemach wodnych. Potrzeba większej odpowiedzialności branży tytoniowej za ten problem
- 2024-01-24: Ewa Minge: Opracowałam inteligentną kolekcję ubrań. Projekty mają różnego rodzaju czujniki pozwalające monitorować stan zdrowia
- 2024-01-02: Unijne przepisy mają zmniejszyć skalę wylesiania. Firmom został rok na przygotowanie się do zmian
Kalendarium
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii
Jedynka Newserii
Konsument
T-Mobile startuje w Polsce z nowym konceptem. Pozwoli klientom przetestować i doświadczyć najnowocześniejszych technologii
T-Mobile już od kilku lat realizuje strategię, która mocno skupia się na innowacjach i doświadczeniach klienta związanych z nowymi technologiami. Połączeniem obu tych elementów jest Magenta Experience Center – nowoczesny koncept, który ma zapewnić klientom możliwość samodzielnego przetestowania najnowszych technologii. Format, z sukcesem działający już na innych rynkach zachodnioeuropejskich, właśnie zadebiutował w Warszawie. Będą z niego mogli korzystać zarówno klienci indywidualni, jak i biznesowi.
Konsument
Od 28 kwietnia Polacy żyją na ekologiczny kredyt. Zmiana zachowań konsumentów może odwrócić negatywny trend
Dzień Długu Ekologicznego, czyli data, do której zużyliśmy wszystkie zasoby, jakie w ciągu roku może zapewnić Ziemia, w tym roku w Polsce przypada 28 kwietnia, kilka dni wcześniej niż rok temu. Coroczne przyspieszenie tego terminu to sygnał, że czerpiemy bez umiaru z naturalnych systemów, nie dając im czasu na odbudowę. – Polskie społeczeństwo staje się coraz bardziej konsumpcyjne, kupujemy i wyrzucamy coraz więcej. Ale też nie mamy tak naprawdę efektywnego narzędzia, żeby temu zapobiec – ocenia Filip Piotrowski, ekspert ds. gospodarki obiegu zamkniętego z UNEP/GRID-Warszawa.
Transport
Chiny przyspieszają inwestycje w odnawialne źródła. Nie przestają jednak rozbudowywać mocy węglowych
Coraz dotkliwsze skutki zmian klimatycznych, ale przede wszystkim chęć zbudowania bezpieczeństwa energetycznego i uniezależnienia się od zewnętrznych dostaw surowców skłoniły rząd w Pekinie do ekspresowych inwestycji w nowe moce odnawialnej energii. W efekcie Chiny wyrastają na globalnego lidera transformacji energetycznej – odpowiadają dziś za największy na świecie przyrost mocy zainstalowanych w fotowoltaice i wiatrakach. Co ciekawe, nie rezygnują jednak przy tym również z inwestycji w energetykę węglową.
Szkolenia
Akademia Newserii
Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.