En naturligt inspireret, genanvendeligt system, der renser vand og bygger sig selv

I naturen, interaktionen mellem molekyler ved grænsen af ​​forskellige væsker kan give anledning til nye strukturer. Disse selvsamlende molekyler gør celledannelse mulig og er medvirkende til udviklingen af ​​alt liv på Jorden.

De kan også konstrueres til at udføre bestemte funktioner - og nu, et team af forskere i Penn State har udnyttet denne mulighed for at udvikle et materiale, der kan fjerne vedvarende forurenende stoffer fra vand. Forskerne offentliggjorde for nylig deres fund i Avancerede funktionelle materialer .

"Vi tog inspiration fra biologiske systemer for at se, om vi kan få lignende fænomener til at dukke op med ikke-biologiske molekyler, sagde Scott Medina, adjunkt i biomedicinsk teknik og tilsvarende forfatter på papiret.

Til deres eksperiment, forskerne valgte at inkorporere fluor, et element, der ikke almindeligvis findes i naturen, i en aminosyre og bland den med en fluoreret olie for at styre dens molekylære organisation. Holdet tilføjede den fluorerede olie til vand, hvor den dannede en perle bestående af fluordråben omgivet af en aminosyrebelægning. Da forskerne vendte hætteglasset for at udsætte perlen for luft, perlens komponenter omarrangeret til dannelse af en film. Består af et tyndt lag fluoreret olie omgivet af to lag af mikroskopiske aminosyrekrystallinske strukturer, denne film kunne omarrangere sig selv i perlen, når den blev omrørt - og tage andre fluorerede molekyler med.

"Fluor spiller ikke godt sammen med andre, så hvis du sætter dem sammen, er der meget stærke interaktioner, "Medina sagde." Fluorerede forurenende stoffer i vand ønsker at adskille sig fra vandet og finde andre fluorrige stoffer. "

Dette fænomen, og forbindelsens evne til at skifte mellem en filmtilstand og perleformen, udløste forskernes interesse for mulig fangst af forurenende stoffer. Per- og polyfluoralkylstoffer (PFAS) er kunstige kemikalier, der indeholder fluor, der typisk bruges til fremstilling af vand- eller fedtafvisende produkter. Deres molekylære struktur giver dem mulighed for at akkumulere i miljøer og menneskekroppen - permanent.

"Naturen har ikke udviklet måder at nedbryde fluorholdige molekyler effektivt på, så disse forbindelser holder fast i lang tid, "Medina sagde." De kommer ind i spildevand og jord, finde vej til drikkevand og mad, og vi spiser dem - og vores kroppe nedbryder dem ikke særlig godt, enten. "

For at teste den nye forbindelses potentiale for PFAS -indfangning, forskerne tilføjede forurenet vand til en plastbeholder belagt med deres fluorerede aminosyrefilm. Filmen fangede PFAS -stoffer inden for to timer og kunne holde dem i op til 24 timer. Fra denne fase, filmen indeholdende PFAS kunne omrøres for at reformere sig selv til en sammenhængende perle, der let kunne opsamles fra det nu rensede vand.

Forskerne planlægger yderligere at undersøge disse forurenende ekstraktionsevner, undersøge ikke kun vandrensning, men også potentialet for at høste forbindelser fra luft. Med yderligere forskning i dens applikationer, den fluorerede forbindelse kan blive et værktøj til fjernelse af forurenende stoffer til flere formål til brug i en række forskellige indstillinger.

"Der bliver lagt en stor indsats i at undersøge toksikologien for PFAS og hvordan man regulerer dem, "Medina sagde." Dette materiale kunne implementeres for at fjerne PFAS fra drikkevand - og vi tror, ​​at det også kunne have stor nytteværdi på andre områder. "