Elektrisk stød til kulstof gør en bedre vandrenser

Forskere ved Nagoya University har udviklet en et-trins fremstillingsproces, der forbedrer nanocarbons evne til at fjerne giftige tungmetalioner fra vand. Fundene, offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Nano Materials, kunne hjælpe bestræbelserne på at forbedre den universelle adgang til rent vand.

Forskellige nanocarboner undersøges og bruges til rensning af vand og spildevand ved adsorberende farvestoffer, gasser, organiske forbindelser og giftige metalioner. Disse nanocarboner kan adsorbere tungmetalioner, som bly og kviksølv, på deres overflader gennem molekylære tiltrækningskræfter. Men denne attraktion er svag, og så er de ikke særlig effektive adsorbenter alene.

For at forbedre adsorption, forskere overvejer at tilføje molekyler til nanocarboner, ligesom aminogrupper, der danner stærkere kemiske bindinger med tungmetaller. De forsøger også at finde måder at bruge alle tilgængelige overflader på nanocarboner til metalionadsorption, herunder overfladerne af deres indre porer. Dette ville forbedre deres evne til at adsorbere flere metalioner ad gangen.

Materialeforsker Nagahiro Saito fra Nagoya University's Institute of Innovation for Future Society og kolleger udviklede en ny metode til syntetisering af et "aminomodificeret nanocarbon", der mere effektivt adsorberer flere tungmetalioner i forhold til konventionelle metoder.

De blandede phenol, som kilde til kulstof, med en forbindelse kaldet APTES, som kilde til aminogrupper. Denne blanding blev anbragt i et glaskammer og udsat for en højspænding, skaber et plasma i væske. Metoden de brugte, kaldet "opløsning plasma proces, "blev opretholdt i 20 minutter. Sorte bundfald af aminomodificerede carbonatomer dannedes og blev opsamlet, vaskes og tørres.

En række tests viste, at aminogrupper havde fordelt sig jævnt over nanocarbonoverfladen, herunder i sine spaltelignende porer.

"Vores enkelt-trin proces letter binding af aminogrupper på både ydre og indre overflader af det porøse nanocarbon, "siger Saito." Dette øgede deres adsorptionskapacitet drastisk i forhold til et nanocarbon alene. "

De satte de amino-modificerede nanocarboner gennem ti cykler af adsorberende kobber, zink- og cadmiummetalioner, vaske dem mellem hver cyklus. Selvom kapaciteten til at adsorbere metalioner faldt med gentagne cyklusser, reduktionen var lille, hvilket gør dem relativt stabile til gentagen brug.

Endelig, holdet sammenlignede deres aminomodificerede nanocarboner med fem andre syntetiseret ved konventionelle metoder. Deres nanocarbon havde den højeste adsorptionskapacitet for de testede metalioner, hvilket indikerer, at der er flere aminogrupper på deres nanocarbon end de andre.

"Vores proces kan hjælpe med at reducere omkostningerne ved vandrensning og bringe os tættere på at opnå universel og rimelig adgang til sikkert og overkommeligt drikkevand for alle inden 2030, "siger Saito.