Newsy

Innowacyjne kryształy oczyszczają wodę z metali bez usuwania przy tym cennych jonów. To szansa na rozwiązanie problemu niedoboru wody [DEPESZA]

2020-12-04  |  06:00
Wszystkie newsy

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

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

raca w Newserii

Jedynka Newserii

Jedynka Newserii

Przemysł

Opracowany w Polsce system narzędzi inżynierskich zwiększy wydajność silników lotniczych. Pozwoli też przewidzieć konieczność remontu silnika samolotu i związane z tym koszty

Poprawa wydajności silników i możliwość optymalizacji kosztów ich eksploatacji czy remontów – to elementy, które mają duże znaczenie dla linii lotniczych. General Electric Company Polska pracuje nad systemem, który na podstawie obliczeń dokonanych przez algorytmy sztucznej inteligencji ułatwi projektowanie części lotniczych poprzez optymalizację charakterystyk odpowiedzialnych za zużycie paliwa i emisję. Platforma opracuje też prognozy dotyczące planowania czynności serwisowych w trakcie eksploatacji silników, tak aby flota lotnicza działała jak najwydajniej. Wdrożenie trzymodułowego projektu przyniesie korzyści nie tylko przewoźnikom i serwisom naprawczym, lecz także przyczyni się do osiągnięcia celu dekarbonizacji transportu.

Partner serwisu

Venture Cafe Warsaw

Ochrona środowiska

W Polsce rusza program rekultywacji hałd kopalnianych. Jest w nich ukrytych nawet do 150 mln t węgla

Na przełomie 2022 i 2023 roku w LW Bogdanka powstanie pierwsza pilotażowa instalacja do odzysku węgla z hałd kopalnianych. To początek programu rekultywacji pogórniczych terenów, który ma umożliwić pozyskanie rocznie ok. 2 mln t pełnowartościowego węgla. Surowiec będzie mógł być wykorzystywany potem w energetyce zawodowej i ciepłownictwie. Program ma także uwolnić grunty, które Enea, właściciel lubelskiej kopalni, chce przeznaczyć pod inwestycje w OZE. Z hałd można odzyskać nie tylko węgiel, lecz także inne surowce do wykorzystania m.in. w budownictwie. – Projekt ma ogromny potencjał środowiskowy, ekonomiczny i surowcowy. W ten sposób chcemy realizować ideę budowy gospodarki obiegu zamkniętego – dodaje Paweł Majewski, prezes Grupy Enea, do której należy kopalnia. Inicjatywa została zarekomendowana przez zespół ekspertów gospodarczych ministra aktywów państwowych, wicepremiera Jacka Sasina. 

Motoryzacja

Sportowy brand Mercedesa notuje rekordowe wyniki sprzedaży. Elektryfikacja dużą szansą dla tego segmentu rynku

W ubiegłym roku sprzedaż AMG, sportowego i wyczynowego brandu Mercedesa, wzrosła o blisko 17 proc. do rekordowych 146 tys. egzemplarzy. Polska jest dla tej marki czwartym rynkiem zbytu w Europie, a gdański AMG Brand Center jednym z nielicznych jej salonów na świecie. – Ten segment rynku rośnie na całym świecie i „młodnieje”, bo przyciąga coraz młodszych klientów – mówi Philipp Schiemer, dyrektor generalny marki Mercedes-AMG. W kolejnych latach będą ich przyciągać dwa trendy – elektromobilność i cyfryzacja, czyli m.in. wejście w e-wyścigi. AMG zaprezentowało właśnie specjalne odsłony swoich flagowych modeli przygotowane na 55. urodziny.

Współpraca

Obsługa konferencji prasowych

Zapraszamy do współpracy przy organizacji konferencji prasowych. Nasz doświadczony i kompetentny zespół sprosta każdej realizacji. Dysponujemy nowoczesnym, multimedialnym centrum konferencyjnym i biznesowym w samym sercu Warszawy. Zapraszamy do kontaktu w sprawie oferty.

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.