Bæredygtig vandkvalitetssensor lavet af menneskehår-afledte kulstofprikker

Griffith University-forskere har brugt menneskehåraffald til at udvikle bæredygtige organiske højteknologiske enheder til vandkvalitetstest af forurenende stoffer.

Professor Qin Li og et team af forskere fra School of Engineering and Built Environment og Queensland University of Technology syntetiserede kulstofprikker fra menneskehåraffald, som kan detektere spormængder af chloroform i vand, et væsentligt biprodukt af vanddesinfektion.

Udgivet i Sustainable Materials and Technology, forskerne skabte meget fluorescerende carbon dots CD'er i en bæredygtig kemikaliefri proces ved at varme håret op ved 180 ºC i et iltfattigt miljø.

Kulstofprikker er små kulstofnanopartikler (mindre end 10 nm i størrelse) med varierende funktionelle grupper på overfladen og evnen til at fluorescere, når de udsættes for en række kemiske og biokemiske kontaminanter.

Intensiteten af ​​fluorescensen ændres, når overfladefunktionelle grupper på kulstofprikken interagerer med den særlige kemiske art, hvilket gør dem perfekte til kemiske sensorapplikationer.

Professor Li sagde, at de forurenende stoffer, som kulstofprikkerne er målrettet mod, kunne være lige så unikke som den person, hvis hår de er lavet af.

"Det lyder måske mærkeligt, men hår er et ekstremt værdifuldt affaldsprodukt, " sagde professor Li.

"At være rig på protein og fuld af kulstof og nitrogen, det er en fremragende forløber for transformation til nyttige materialer som kulstofprikker. Fordi hår er rigt på nitrogen, da vi ændrede de termiske behandlingsbetingelser, vi producerer kulstofprikker med forskellige nitrogenholdige funktionelle grupper på deres overflade, som binder specifikke forurenende stoffer."

Bemærkelsesværdigt fandt forskerne også ud af, at forskelligt farvet hår producerede kulstofprikker, der reagerede fortrinsvis på forskellige forurenende stoffer.

"Det mørke hår viste en høj specificitet for sensing af chloroformforurening i vand, mens det blonde hår, vi testede, var mere følsomt over for metalarter som magnesium, " sagde tidligere Griffith University Research Fellow Dr. Ehsan Eftekhari.

Disse mørke hår-afledte carbon prikker, med nitrogenbaserede føleantenner på overfladen, var så følsomme, at de kunne detektere chloroform til stede i så få som tre molekyler pr. milliard vandmolekyler.

"Klorering er en udbredt desinfektionsmetode i vandbehandling, der bruges til at reducere patogenrisici og vandbårne sygdomme, men det skaber også biprodukter, der er blevet forbundet med højere kræftrater, satser, " sagde professor Fred Leusch, en medforfatter, der er formand for Australian Water Quality Advisory Committee.

"Så, Det er af afgørende betydning for folkesundheden at udvikle sensorer til at overvåge mængden af ​​klor, der bruges til behandling og biproduktkoncentrationerne i realtid."

Kulstofpriksensorerne kunne endda kende forskel på meget lignende kemiske forurenende stoffer.

"I dette studie, vi fandt, at de nitrogenbaserede føleantenner på kulstofprikkers overflade var følsomme over for chloroform, men ikke til den kemisk lignende kontaminant bromoform, på grund af den subtile forskel i deres elektroniske strukturer, " sagde professor Li.

"Jeg er konstant overrasket over, hvor meget biologiske materialer kan lære os om at designe funktionelle produkter, såsom kulprikker-baserede nano-sensorer. Brug af bioaffald til at lave kulstofprikker til vandkvalitetssensorer uden at bruge skadelige opløsningsmidler, gør det til en bæredygtig teknologi, der virkelig overholder principperne for grøn kemi."