Højteknologiske materialer renser vand med sollys

Sollys plus et almindeligt titaniumpigment kan være den hemmelige opskrift på at fjerne lægemidler, pesticider og andre potentielt skadelige forurenende stoffer fra drikkevand. Forskere kombinerede flere højteknologiske komponenter for at lave en letanvendelig vandrenser, der kunne arbejde med verdens mest basale energiform, sollys, i en velsignelse for vandrensning i landdistrikter eller udviklingslande.

Foredraget var en af ​​mere end 10, 000 præsentationer ved det 247. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS).

Anne Morrissey, Ph.D., forklaret, at den nye teknologi en dag kunne inkorporeres i et brugervenligt forbrugerprodukt, der ville fjerne disse genstridige forurenende stoffer fra drikkevandet som et sidste trin, efter at det allerede er blevet behandlet med konventionelle metoder.

Hendes gruppe ved Dublin City University i Irland startede med en forbindelse kaldet titaniumdioxid (TiO ₂ ), et pulver, der bruges til at blege maling, papir, tandpasta, fødevarer og andre produkter. Med den rette energi, TiO ₂ kan også fungere som en katalysator - et molekyle, der fremmer kemiske reaktioner - nedbryder uønskede forbindelser i drikkevand som pesticider og lægemidler. Morrissey forklarede, at det kan være dyrt og energikrævende at ændre de nuværende vandbehandlingsmetoder for at slippe af med disse potentielt skadelige arter. og ofte, disse ændringer eliminerer ikke helt forurenende stoffer.

Men Morrissey sagde TiO ₂ aktiveres normalt kun af ultraviolet lys, som er produceret af specielle pærer. For at få adgang til titaniumdioxids egenskaber med solens lys, Morrissey og hendes gruppe eksperimenterede med forskellige former for TiO ₂ som bedre absorberer synligt lys. Hun fandt ud af, at nanorør omkring 1, 000 gange tyndere end et menneskehår var bedst, men de kunne ikke gøre det på egen hånd.

Det var derfor hun vendte sig til grafen, et materiale lavet af plader af kulstof kun et atom tykt. "Graphene er det magiske materiale, men dets brug til vandbehandling er ikke fuldt udviklet, " sagde hun. "Det har et stort potentiale." Morrissey satte TiO ₂ nanorør på disse grafenplader. Forurenende stoffer klæber til overfladen af ​​grafen, da de passerede, tillader TiO ₂ at komme tæt nok på til at bryde dem ned.

Hendes forskergruppe testede med succes systemet på diclofenac, et antiinflammatorisk lægemiddel, der er berygtet for at udslette næsten en hel gribbefolkning i Indien.

"Vi ser på at bruge grafenkompositten i en patron til et-trins drikkevandsbehandling, " sagde Morrissey. "Du kunne bare købe en patron fra hylden og plappe den ind i røret, hvor drikkevandet kommer ind i dit hus." Patronsystemet ville også sikre, at grafenen forbliver immobiliseret og gør sit arbejde uden at forurene det rene vand .

Morrissey bemærkede, imidlertid, at teknologien aldrig bliver stærk nok til helt at rense drikkevandet alene. Hellere, hun ser det som et poleringstrin efter traditionelle vandbehandlingsprocesser at tørre de mest lumske forurenende stoffer op.

Det kunne være særligt nyttigt i hendes hjemland, hvor hun sagde, at mange landdistrikter bruger små vandbehandlingssystemer, der kun forsyner et par dusin hjem. Fordi de ikke har den infrastruktur, som store byrensningsanlæg har, hun tror, ​​at en patron, der kunne rense med kun solens energi, kunne hjælpe med at gøre deres vand mere sikkert.

Ultimativt, Morrissey sagde, at der stadig er mange spørgsmål at besvare, før hun erklærer sin TiO ₂ -grafensystem en succes. En af de største er at sørge for, at når den nedbryder forurenende stoffer, det producerer harmløse biprodukter. Hun vil også sikre sig, at den energi, der kræves til systemet, kan sammenlignes med blot at bruge TiO ₂ med ultraviolet lys. Men indtil videre, hun rapporterede, hendes design ser ud til at være lettere at lave og bortskaffe end andet synligt lys aktiveret TiO ₂ renseapparater.