Skadelige farvestoffer i søer, floder kan blive farveløse med nye, svampelignende materiale

Farvestoffer er meget udbredt i industrier som tekstiler, kosmetik, fødevareforarbejdning, papirfremstilling og plast. Globalt, vi producerer omkring 700, 000 tons – vægten af ​​to Empire State Buildings – farvestof hvert år til at farve vores tøj, øjenskygge, legetøj og salgsautomat slik.

Under fremstillingen, omkring en tiendedel af alle farvestoffer udledes i affaldsstrømmen. De fleste af disse farvestoffer undslipper konventionelle spildevandsbehandlingsprocesser og forbliver i miljøet, når ofte søer, floder og vandhuller, og forurening af vandet for de vandlevende planter og dyr, der lever der. Selv bare en smule tilføjet farve kan blokere sollys og forhindre plantefotosyntese, som forstyrrer hele det akvatiske økosystem.

Et team ledet af University of Washington har skabt en miljøvenlig måde at fjerne farve fra farvestoffer i vand i løbet af få sekunder. Teknikken blev beskrevet i et papir offentliggjort online i juni i tidsskriftet Anvendt katalyse B:Miljømæssig .

"En lille mængde farvestof kan forurene en stor mængde vand, så vi skulle finde en måde at fjerne farven meget hurtigt og effektivt på, " sagde seniorforfatter Anthony Dichiara, en assisterende professor i bioressourcevidenskab og teknik i UW School of Environmental and Forest Sciences. "Vi var ret imponerede over, hvad vi var i stand til at opnå."

Forskerholdet udviklede en metode, der fjerner farve fra vand ved hjælp af et svampelignende materiale, de har lavet af træmasse og små metalstykker. Cellulose, hovedstrukturen i plantecellevægge og det mest udbredte naturmateriale på jorden, udgør rygraden i materialet, som er dekoreret med bittesmå stykker palladium. Dette metal tjener som en katalysator, der hjælper med at fjerne farve hurtigt.

I stedet for at fjerne farvestof fra vand, forskerholdet forsøgte at ændre farven på farvestofferne til noget, der falder uden for det, vi kan se i det synlige spektrum. En kemisk reaktion kan for eksempel, forstyrre den røde farve og få den til at fremstå klar, eller farveløs. I tilfælde af farveaffaldsprodukter, der kunstigt farver vandet i søer og forhindrer fotosyntese, ændring af farvestoffet fra rødt til klart skulle give planterne mulighed for at vokse normalt igen.

Den kemiske reduktion af farvestoffer ved hjælp af molekyler kaldet "reduktionsmidler" kan ændre farvestofstrukturen og ændre dens farve fra rød eller blå til klar. Imidlertid, reaktionen er ikke særlig effektiv og kan tage uger at opstå. UW's materiale indeholder en katalysator, der arbejder med reduktionsmidlet for at fremskynde denne proces til næsten øjeblikkelig.

I det nye blad, forskerne beskriver den enkle og bæredygtige proces, de udviklede til at fremstille det farvefjernende materiale. Forskerne kombinerede cellulosemolekyler med palladiummetal, opvarmede opløsningen og blandede den i en blender. Derefter rensede og frysetørrede de materialet, så det blev porøst, genanvendeligt stof. Den resulterende svamp består af mere end 99 procent luft - dens store porer tillader vand at strømme ind og ud, mens metalkatalysatorpartiklerne i materialet arbejder for at fjerne enhver tilstedeværende farve.

Ligesom en rigtig svamp, materialet kan presses af sit vand og genbruges flere gange uden at miste evnen til at fjerne farve fra vandet. Forskerne siger, at det er svært at lave så let et materiale, der er fejlfrit efter mange runder med klemning og filtrering, især når svampen skal bevare sin schweizerostlignende struktur sammensmeltet med farvereducerende partikler.

Forskerne testede deres svamp i laboratoriet ved hjælp af blå og røde farvestoffer, der almindeligvis findes i tekstilindustrien. De hældte det farvede vand - allerede blandet med det eksisterende molekyle, der hjælper med at reducere farve - over svampen. Mens væsken passerede gennem materialet, det resulterende vand var klart. I en anden test, de hvirvlede svampematerialet inde i en krukke med blåfarvet vand, og efter ca. 10 sekunder forsvandt farven.

Uden for laboratorietests, forskerne siger, at mange små svampelignende materialer kan frigives i en sø forurenet med farvestof, sammen med molekylet for at hjælpe med at reducere farven. Svarende til at hvirvle en tepose rundt om et krus, svampene kunne trækkes rundt i søen, indtil al farven forsvinder.

"Bare en lille mængde farvestof kan ændre farven på en sø dramatisk, " sagde Dichiara. "Denne metode kunne fungere godt, når du har lave koncentrationer af farvestof i vand, som du skal tage dig af virkelig hurtigt."