Genanvendelige vandbehandlingspartikler eliminerer effektivt BPA

Rice University-forskere har udviklet noget, der ligner Venus' fluefælde af partikler til vandrensning.

Kugler i mikronstørrelse skabt i Rice miljøingeniør Pedro Alvarez' laboratorium er bygget til at fange og ødelægge bisphenol A (BPA), et syntetisk kemikalie, der bruges til at fremstille plast.

Forskningen er beskrevet i det amerikanske tidsskrift American Chemical Society Miljøvidenskab og -teknologi .

BPA bruges almindeligvis til at dække indersiden af ​​maddåser, flasketoppe og vandforsyningsledninger, og var engang en del af sutteflasker. Mens BPA, der siver ind i mad og drikke, betragtes som sikkert i lave doser, langvarig eksponering mistænkes for at påvirke børns helbred og bidrage til forhøjet blodtryk.

Den gode nyhed er, at reaktive iltarter (ROS) - i dette tilfælde hydroxylradikaler - er dårlige nyheder for BPA. Billig titaniumdioxid frigiver ROS, når det udløses af ultraviolet lys. Men fordi oxiderende molekyler falmer hurtigt, BPA skal være tæt nok til at angribe.

Det er her fælden kommer ind.

Tæt på, kuglerne afslører sig som blomsterlignende samlinger af titaniumdioxid kronblade. De smidige kronblade giver masser af overfladeareal for risforskerne til at forankre cyclodextrinmolekyler.

Cyclodextrin er et godartet sukkerbaseret molekyle, der ofte bruges i fødevarer og lægemidler. Det har en to-face struktur, med et hydrofobt (vandundgående) hulrum og en hydrofil (vandtiltrækkende) ydre overflade. BPA er også hydrofobisk og naturligt tiltrukket af hulrummet. Når først fanget, ROS produceret af kuglerne nedbryder BPA til harmløse kemikalier.

I laboratoriet, forskerne fastslog, at 200 milligram af kuglerne pr. liter forurenet vand nedbryde 90 procent af BPA på en time, en proces, der ville tage mere end dobbelt så lang tid med uforbedret titandioxid.

Arbejdet passer ind i teknologier udviklet af det Rice-baserede og National Science Foundation-støttede Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment, fordi sfærerne selv samles af titaniumdioxid nanoplader.

"De fleste af processerne rapporteret i litteraturen involverer nanopartikler, " sagde Rice kandidatstuderende og hovedforfatter Danning Zhang. "Størrelsen af ​​partiklerne er mindre end 100 nanometer. På grund af deres meget lille størrelse, de er meget svære at genvinde fra suspension i vand."

Rispartiklerne er meget større. Hvor en 100 nanometer partikel er 1, 000 gange mindre end et menneskehår, den forbedrede titaniumdioxid er mellem 3 og 5 mikron, kun omkring 20 gange mindre end det samme hår. "Det betyder, at vi kan bruge lavtryksmikrofiltrering med en membran for at få disse partikler tilbage til genbrug, " sagde Zhang. "Det sparer en masse energi."

Fordi ROS også nedbryder cyclodextrin, kuglerne begynder at miste deres fangstevne efter cirka 400 timers fortsat ultraviolet eksponering, sagde Zhang. Men efter at være kommet sig, de kan nemt genoplades.

"Dette nye materiale hjælper med at overvinde to væsentlige teknologiske barrierer for fotokatalytisk vandbehandling, "Sagde Alvarez." Først, det forbedrer behandlingseffektiviteten ved at minimere fjernelse af ROS fra ikke-målbestanddele i vand. Her, ROS bruges hovedsageligt til at ødelægge BPA.

"Sekund, det muliggør billig adskillelse og genbrug af katalysatoren, bidrager til lavere behandlingsomkostninger, " sagde han. "Dette er et eksempel på, hvordan avancerede materialer kan hjælpe med at konvertere akademiske hypes til gennemførlige processer, der forbedrer vandsikkerheden."