Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: Nanostruktury inspirované přírodou mění odpadní vodu na pitnou

Nové koagulanty jsou schopny odstranit z vody nečistoty s více než devadesátiprocentní účinností

Američtí a čínští fyzici představili novou technologii získávání pitné vody. Vyrobili činidlo, které se chová podobně jako mořská sasanka a dokáže z odpadní vody jednoduše a levně odstranit široké spektrum nečistot.

Stalo se teď módou naříkat, jak se máme špatně. Jenže málokdo si uvědomuje, že patříme mezi bohatší obyvatele zeměkoule, jelikož máme dostatek potravin, energie a hlavně pitné vody. Řada lidí jinde na světě takové štěstí nemá. Problém s nedostatkem pitné vody má řešení v podobě opětovného využití odpadních vod. Jejich čištění je však velmi složité a vyžaduje několik procesů. Ty musejí být prováděny postupně, protože každý proces se zabývá jen jedním typem nečistoty.

Prognózy říkají, že do roku 2050 budou mít téměř dvě třetiny lidské populace omezený přístup k čisté vodě. Tento problém se stává stále vážnější, protože tradiční fyzikálně-chemické a biologické metody čistění, jako je například koagulace, filtrace pískovou vrstvou nebo aktivní kalové procesy, nebudou stačit k odstranění rostoucího počtu nečistot, které dnes znehodnocují vodní zdroje.

K odstranění nových typů nečistot, jako jsou pesticidy nebo léčiva, se používají pokročilejší technologie jako oxidace, adsorpce nebo filtrace membránou. Tyto procesy však vyžadují, aby odpadní vody byly napřed zbaveny koloidních a rozptýlených částic. Američtí a čínští vědci proto teď vyvinuli nový biomimetický nanokoagulant (koagulační činidlo napodobující mechanismy, které fungují u živých organismů), který dokáže z vody odstranit široké spektrum nečistot najednou.

Činidlo má podobnou strukturu jako chapadla mořské sasanky, která se skládají z jádra a pláště a která živočich používá k chytání kořisti. Nový koagulant má organické jádro a anorganický plášť. Z nanotechnologií si potom vědci vypůjčili metodu samosestavování.

Prvním krokem při vytváření nového nanokoagulantu byla hydrolýza organické složky, kterou je složitý chlorid označovaný TPODAC, na amonnou sloučeninu s hydrofobním dlouhým uhlíkovým řetězcem a silanolovou hlavou. Po kondenzaci silanolu s anorganickou složkou aluminium chloridem se produkt samosestavuje do micelárního nanokoagulantu. Uhlíkové řetězce se shlukují uvnitř nanokoagulantu hydrofobním přitahováním a kladně nabité hydrofilní Si-Al amonné komplexy se rozptylují mimo něj díky elektrostatickému odpuzování. Výsledkem je stabilní struktura složená z jádra a pláště.

Když se tato struktura přidá k odpadní vodě, která má pH větší než 4,0, alumino-silikátový plášť nanokoagulantu vytváří shluky, které zachycují určité nečistoty. Aby se tyto rozpuštěné nečistoty zachytily, chová se nanokoagulant jako již zmíněná mořská sasanka, která loví kořist. Sasanka má kulaté tělo s chapadly, které se zatahují, když živočich odpočívá, a vymršťují, když se živí. Podobným způsobem, když plášť nanokoagulantu hydrolyzuje (dochází k hydrolytickému štěpení), otáčí se směrem ven. Toto „obrácení na ruby“ odkrývá alifatické (mastné) micely jádra, které pak mohou zachycovat nečistoty.

K otestování nové technologie vědci použili odpadní vodu z městské čističky, která obsahovala rozpuštěný organický uhlík, nitráty a fosfor. Použili také vzorky vody, v nichž byla přítomna léčiva a jiné škodliviny v poměru jedna ku miliardě. Zjistili, že nanostruktury jsou schopny odstranit široké spektrum nečistot v jednom kroku s větší než devadesátiprocentní účinností. Kromě toho, že je tato metoda velmi efektivní, je současně o mnoho levnější než všechny současné technologie. Vědci se ji proto teď budou snažit dál rozvíjet a chtějí také vytvořit další „chytré“ materiály, které by se pro čistění vody daly použít.

Původní materiál byl uveřejněn v Nature Nanotechnology.


Mohlo by vás zajímat:

Čistý grafen vykazuje silnou fotoodezvu
Fyzikální TOP 10 roku 2018 – část 2
Fyzikální TOP 10 roku 2018 – část 1
Vědci vyvinuli chytrou pěnu, která dokáže rozpoznat vlastní deformace

Kompletní archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop