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
- 2025-06-25: Polskie przedsiębiorstwa otwarte na transformację w kierunku gospodarki obiegu zamkniętego. Nowa mapa drogowa mogłaby w tym pomóc
- 2025-06-17: Anna Powierza: Nie lubię kupować nowych rzeczy. Śpię w pościeli po mojej babci i używam ręczników po mojej mamie
- 2025-04-30: Zielona transformacja wiąże się z dodatkowymi kosztami. Mimo to firmy traktują ją jako szansę dla siebie i Europy
- 2025-04-01: Ponad 2 mld ludzi nie ma dostępu do czystej wody. To pogłębia ubóstwo i nierówności społeczne
- 2025-04-08: Blisko 10 mln Ukraińców nie ma dostępu do wody pitnej lub infrastruktury sanitarnej. Na jej odbudowę potrzeba 11,3 mld dol.
- 2025-04-24: Krzysztof Skórzyński: Lubimy mówić, że dbamy o środowisko i dajemy rzeczom drugie życie. A potem idziemy do galerii i kupujemy nowe ubrania
- 2025-05-12: Klaudia Zioberczyk: Doszłam już do takiego momentu, że jak wchodzę do sklepu, to mówię: wcale tego nie potrzebuję. Teraz stawiam na jakość, a nie na ilość
- 2025-04-25: Eliza Gwiazda: Bez chemii naprawdę można wysprzątać mieszkanie na błysk. Wiele rzeczy da się doczyścić na przykład sodą
- 2025-03-05: KE pracuje nad planem działań dla przemysłu motoryzacyjnego. Eksperci widzą dla niego przyszłość w technologiach bezemisyjnych
- 2025-05-20: Nowe technologie pomagają szybciej i dokładniej sortować odpady. Wciąż nie wszystkie da się jednak przetworzyć
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii

Handel

Polski e-commerce rośnie w siłę. Konsumentów przyciągają przede wszystkim promocje
Rynek e-commerce w Polsce jest już wart ok. 152 mld zł. Rośnie zarówno częstotliwość zakupów, jak i średnia wartość koszyka – wynika z raportu Strategy&. Polacy doceniają wygodę zakupów przez internet, szybką dostawę i łatwy zwrot. Coraz częściej zwracają też uwagę na cenę i chętnie korzystają z promocji. To właśnie ten trend wykorzystuje Amazon.pl, organizując co roku festiwal z okazji Prime Day. W tym roku zaplanowano go po raz pierwszy aż na cztery dni: 8–11 lipca, a nie dwa jak w poprzednich latach.
Problemy społeczne
Do 2029 roku rynek pracy skurczy się o milion pracowników. Przedsiębiorcy wskazują, jak zaktywizować cztery wykluczone dotąd zawodowo grupy [DEPESZA]

W latach 2020–2029 zmiana struktury społecznej doprowadzi do skurczenia się rynku pracy aż o milion pracowników. Trend ten wymusi na pracodawcach konieczność podejmowania konkretnych działań zmierzających do aktywizacji pomijanych dotąd grup społecznych. – Inkluzywność to nie tylko kwestia etyczna, to strategiczna odpowiedź na kryzys demograficzny i niedobór siły roboczej – wskazuje Związek Przedsiębiorców i Pracodawców.
Konsument
Za trzy miesiące ruszy w Polsce system kaucyjny. Wątpliwości budzą kwestie rozliczeń i podatków

Zaledwie trzy miesiące zostały do startu systemu kaucyjnego w Polsce. Kaucje obejmą szklane i plastikowe butelki oraz puszki z napojami. To duża zmiana dla producentów napojów, sklepów i konsumentów oraz pośredniczących w zbiórce operatorów systemów kaucyjnego. Na razie przepisy są na tyle niedoprecyzowane, że budzą wiele wątpliwości w kwestii rozliczania podatków czy rozliczeń z operatorami. Producenci będą musieli płacić podatek od niezwróconych butelek, co zwiększy ich koszty.
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.