Наноматериалы, поддерживающие очистку воды с промышленными отходами – резюме

Доступ к чистой воде – одна из самых больших проблем в мире, поскольку более двух миллиардов человек испытывают нехватку воды и не имеют доступа к чистой воде. Помимо растущего спроса и дефицита, усугубляемого изменением климата, загрязнение доступных источников пресной воды, которое увеличилось за последние два десятилетия, является одной из серьезных проблем, требующих решения. По данным Организации Объединенных Наций, около 400 миллионов тонн тяжелых металлов, растворителей, токсичного осадка и других промышленных отходов попадают в воды нашей планеты каждый год.

Новые загрязнители, классифицируемые как возникающие, не удаляются существующими технологиями очистки воды. По этой причине исследователи во всем мире ищут более эффективные альтернативы с использованием новых материалов. В Бразилии разные исследовательские группы работают с различными методами, и по случаю Всемирного дня водных ресурсов (22.03) я выделяю две работы, которые, хотя и очень разные, имеют общий процесс адсорбции (адгезия молекул в жидкости). на твердую поверхность).

Элиас Пайва Феррейра Нето исследовал наноматериалы, способные разлагать загрязняющие вещества с помощью фотокатализа (фотокатализаторы), со времени получения докторской степени, проводимой Группой гибридных и неорганических материалов Института химии Сан-Карлоса Университета Сан-Паулу (USP). При фотокатализе свет от естественного (солнечный) или искусственного источника, когда он поглощается материалом катализатора, запускает химические реакции, которые могут преобразовывать органические загрязнители, такие как краситель метиленовый синий, протестированный Феррейрой Нето в его последнем – неорганическом – исследовании тяжелые металлы – в безвредных или, по крайней мере, менее токсичных для человеческого организма веществах.

Исследователь изучал фотокатализатор на основе дисульфида молибдена (MoS2). Однако для реального применения необходимо было сконструировать макроскопические объекты со свойствами наноматериала. Будучи докторантом, в лаборатории фотонных материалов Института химии Университета Эстадуаль Паулиста (Unesp) Феррейра Нето нашел решение в одной из специальностей исследовательской группы – бактериальной целлюлозе.

Объединив два подхода – покрывая бактериальную целлюлозу слоем фотокатализатора, – исследователь получил мембрану, способную обеззараживать воду, которая проходит через нее, удаляя путем фильтрации и разложения органические и неорганические загрязнители. Одним из основных преимуществ нового материала является возможность повторного использования, поскольку многие существующие альтернативы должны применяться в виде порошка или суспензии, что предотвращает его восстановление после использования.

Вырабатываемая определенными типами бактерий бактериальная целлюлоза образует гидрогель, состоящий на 99% из воды, который после контролируемого процесса сушки становится аэрогелем. В аэрогеле вода заменяется воздухом, что дает очень пористую структуру, которая, в то же время, пропускает воду и удерживает – за счет адсорбции – загрязнители. По мере захвата мембраны загрязняющие вещества разлагаются фотокатализатором.

В уже проведенных испытаниях мембрана удалила из воды в течение двухчасового эксперимента 96% метиленового синего и 88% канцерогенного металла хрома VI (хрома в степени окисления VI, с учетом его электрического заряда), оба являются обычными для промышленных сточных вод, например, при производстве текстильных изделий и кожи. Продолжается работа по поиску большей эффективности, включая использование других фотокатализаторов и тестирование других загрязнителей, а также определение характеристик продуктов, образующихся в результате разложения.

«Наши результаты показывают важность научного сотрудничества, поскольку их не было бы, если бы мы не объединили специальности двух разных групп: работу с фотокатализаторами, в случае USP, и бактериальной целлюлозой, в Unesp», – подчеркивает Феррейра Нето.

Второе исследование также было проведено в партнерстве между Лабораторией полимерных и биосорбентных материалов Федерального университета Сан-Карлоса (UFSCar) и Лабораторией комплексных наук Федерального университета Сан-Паулу (Unifesp).

В качестве адсорбирующего материала использовался жмых сахарного тростника, один из основных остатков бразильской агропромышленности, образовавшийся в результате деятельности этанольных и сахарных заводов. Жмых – биосорбент, адсорбент биологического происхождения – был использован в составе композита с синтетическими наночастицами магнетита, сочетающего адсорбирующие свойства жома с магнитными свойствами наночастиц.

При этом жмых сохраняет за счет адсорбции загрязняющие вещества – в случае этого исследования были протестированы медь и тот же хром (VI) – и впоследствии он удаляется из воды под действием магнита, притягивающего магнитные наночастицы. композита. Также в этом случае исследовательская группа продолжает тестировать это соединение и другие биосорбенты в отношении удерживающей способности других органических и неорганических молекул. Исследования также показали возможность удаления масел с поверхности воды в случае разлива.

Back to top button