Forskere udvikler en bedre metode til at fjerne giftige farvestoffer fra spildevand

Ved at bruge specielt fremstillede nanofiberbaner kan sollys nedbryde farvestofferne sikkert, billigt og nemt.

Fra sundhedspleje til fracking og videre, evnen til at rense spildevand er afgørende på mange områder. Et team af Texas Tech University-forskere, der arbejder med avancerede tekstiler, har fundet en ny måde at fjerne giftige farvestoffer fra spildevandet, og deres tilgang er sikrere, billigere og nemmere end traditionelle metoder. Deres resultater er beskrevet i den kommende forsideartikel til onlinetidsskriftet Particle &Particle Systems Characterization.

Når stoffer farves, en af ​​de sidste faser er vaskeprocessen, hvilket er med til både at sætte farven i stoffet og fjerne eventuelt overskydende farvestof. Problemet, imidlertid, er, at efter farvningsprocessen, vandet er forurenet med rester af syntetiske farvestoffer og pigmenter - op til 200, 000 tons hvert år, efter nogle skøn. De fleste af farvestofferne forbliver i miljøet på grund af de ineffektive, ikke-miljøvenlige konventionelle spildevandsbehandlingsprocesser og det faktum, at farvestofferne er designet til at holde op til lys, temperatur og rengøringsmidler - netop de ting, der kan bruges til at rengøre dem.

Tidligere, processen med at nedbryde farvestoffet har overvejende brugt ultraviolette (UV) stråler. I samarbejde med forskere på afdelingerne for kemiteknik og maskinteknik, Seshadri Ramkumar, en professor i Texas Tech Department of Environmental Toxicology, og doktorgradskandidat Lihua Lou har fundet en måde at nedbryde farvestoffet ved at filtrere vandet gennem specielle nanofiberbaner og udsætte det for synligt lys - en proces kaldet "fotonedbrydning".

Ramkumar siger, at der er flere grunde til at bruge synligt lys er bedre end at bruge UV-stråler.

"Det er grønt, vedvarende og miljøvenlig, " sagde Ramkumar. "At bruge synligt lys til fotonedbrydning er ikke skadeligt, og det er omkostningseffektivt og nemt at betjene. Det gør farvefjernelsen i branchen økonomisk."

Ramkumars laboratorium, Laboratoriet for nonwovens og avancerede materialer, har specialiseret sig i tekniske tekstiler. Til denne undersøgelse, Lou tilføjede nanopartikler til en polymeropløsning, som derefter blev elektrospundet til nanofibre. Når de sammensatte nanopartikel/nanofiberbaner blev nedsænket i vand indeholdende et rødligt farvestof kaldet Rhodamine B (RhB), der skete en kemisk reaktion.

Forskere fandt ud af, at 80 % af RhB blev nedbrudt inden for seks timer, og de resterende 20% nedbrydes langsomt, helt forsvinder efter 49 dage.

"Forskningen fokuserede på fjernelse af giftige farvestoffer, fordi det er en vedvarende udfordring for tekstilindustrien, " bemærkede Ramkumar.

Fjernelse af farveforbindelserne er en af ​​de sværeste opgaver, som spildevandsrensningsanlæg står over for, fordi farvestofferne og pigmenterne ikke let nedbrydes biologisk. Det er også en af ​​de vigtigste opgaver på grund af den trussel, disse farvestoffer kan udgøre for det menneskelige økosystem.

"Nogle farvestoffer er meget mutagene og giftige, " Lou forklarede. "RhB er en meget vandopløselig kemisk forbindelse og meget brugt farvestof i tekstiler. Imidlertid, spildevandet med RhB kan forårsage irritation af huden, øjne og luftveje hos mennesker og dyr. I øvrigt, flere helbredsproblemer, såsom neurotoksicitet, kræftfremkaldende egenskaber, reproduktionstoksicitet og udviklingstoksicitet, opstår på grund af RhB spildevand."

Baseret på deres succes med RhB, holdets næste skridt er at prøve den samme metode med andre typer syntetiske og naturlige farvestoffer, inklusive methyl orange, methylenblåt og reaktivt blåt 19.

Disse resultater er vigtige af flere årsager. Ud over nanopartikler/nanofiberbanens succes med at fjerne farvestoffet ved hjælp af synligt lys er dets evne til at gøre det uden megen sekundær forurening.

"Vores forskning er multidisciplinær og adresserer et vigtigt problem for den globale tekstilsektor, " sagde Ramkumar. "Efter at have afsluttet fotonedbrydningsprocessen, kompositten kan let fjernes fra vandet uden at efterlade mange skadelige rester."

Støtte til denne forskning blev leveret af Texas Tech Graduate School og American Association of Textile Chemists and Colorists.