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
- 2024-04-19: 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
- 2023-11-23: Są kolejne dowody na to, że Mars był planetą pełną rzek. Wciąż nie wiadomo jednak, czy istniało na niej życie
Kalendarium
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii
Jedynka Newserii
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.
Infrastruktura
Polskie rolnictwo potrzebuje inwestycji infrastrukturalnych. Niezbędna jest budowa agroportów i rozwój połączeń kolejowych
Brak inwestycji w porty i kolej ogranicza potencjał eksportu rolnego, oznacza też problem z tranzytem ukraińskiego zboża. Konieczna jest przede wszystkim budowa agroportów. – Mierzymy się z dużą nadwyżką zboża, którą trzeba wywieźć jak najszybciej, żeby zwolnić powierzchnie magazynowe do żniw na kolejny sezon, i w związku z tym potrzebne jest coraz szybsze tempo wywożenia – mówi Stefan Krajewski, wiceminister rolnictwa i rozwoju wsi. Część ekspertów zastanawia się jednak nad długofalowym uzasadnieniem takich inwestycji.
Ochrona środowiska
Ciech od czerwca będzie działać jako Qemetica. Chemiczny gigant ma globalne aspiracje i nową strategię na sześć lat
Globalizacja biznesu, w tym możliwe akwizycje w Europie i poza nią – to jeden z głównych celów nowej strategii Grupy Ciech. Przedstawione plany na sześć lat zakładają także m.in. większe wykorzystanie patentów, współpracę ze start-upami w obszarze czystych technologii i przestawienie biznesu na zielone tory. – Mamy ambitny cel obniżenia emisji CO2 o 45 proc. do 2029 roku – zapowiada prezes spółki Kamil Majczak. Nowej strategii towarzyszy zmiana nazwy, która ma podsumować prowadzoną w ostatnich latach transformację i lepiej podkreślać globalne aspiracje spółki. Ciech oficjalnie zacznie działać jako Qemetica od czerwca br.
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.