Forskning viser genanvendelig, kulstof nanorør-forstærkede filtre renser giftige tungmetaller fra vand

Carbon nanorør immobiliseret i en tott af kvartsfiber har magten til at fjerne giftige tungmetaller fra vand, ifølge forskere ved Rice University.

Prisvindende filtre produceret i Rice-kemikeren Andrew Barrons laboratorium af den daværende gymnasieelev og hovedforfatter Perry Alagappan absorberer mere end 99 procent af metallerne fra prøver fyldt med cadmium, kobolt, kobber, kviksølv, nikkel og bly. Når den er mættet, filtrene kan vaskes med et mildt husholdningskemikalie som eddike og genbruges.

Forskerne beregnede, at et gram af materialet kunne behandle 83, 000 liter forurenet vand for at opfylde Verdenssundhedsorganisationens standarder - nok til at dække det daglige behov for 11, 000 mennesker.

Laboratoriets analyse af de nye filtre vises i denne måned i Natures open-access Videnskabelige rapporter .

De robuste filtre består af kulstof nanorør dyrket på plads på kvartsfibre, der derefter epoxideres kemisk. Laboratorietests viste, at opskalerede versioner af de "understøttede epoxiderede carbon nanorør" (SENT) filtre viste sig at kunne behandle 5 liter vand på mindre end et minut og blive fornyet på 90 sekunder. Materialet beholdt næsten 100 procent af sin kapacitet til at filtrere vand i op til 70 liter pr. 100 gram SENT, hvorefter de indeholdte metaller kunne udvindes til genbrug eller omdannes til et fast stof til sikker bortskaffelse.

Mens kvartssubstratet giver filterformen, og kulstofnanorørshylsteret gør det hårdt, epoxidationen via en oxiderende syre ser ud til at være mest ansvarlig for adsorbering af metallet, de bestemte.

Alagappan, nu bachelorstuderende ved Stanford University, blev inspireret til at starte projektet under en rejse til Indien, hvor han lærte om forurening af grundvand fra tonsvis af elektronisk affald - telefoner, computere og lignende - der uretmæssigt ender på lossepladser.

"Perry kontaktede mig for at få erfaring med laboratorieforskning, " sagde Barron. "Da vi havde et igangværende projekt startet af Jessica Heimann, en bachelor, der tog et semester på Jacobs University Bremen, dette var et perfekt match."

Barron sagde, at råmaterialerne til filteret er billige og påpegede, at omdannelsen af ​​eddikesyre til eddike er allestedsnærværende over hele kloden, hvilket skulle forenkle processen med at genbruge filtrene til genbrug selv på fjerntliggende steder. "Hver kultur på planeten ved, hvordan man laver eddike, " han sagde.

"Dette ville have den største sociale indvirkning på enheder i landsbyskala, der kunne behandle vand i fjerntliggende områder, udviklingsregioner, " sagde Barron. "Men, der er også potentiale til at opskalere metaludvinding, især fra minespildevand."

Alagappans forskning vandt en række priser, mens han stadig var gymnasieelev i Clear Lake, en forstad til Houston, samt en gæstestuderende i Barron's Rice lab. Først var topprisen for miljøvidenskab på Science and Engineering Fair i Houston i 2014. Det kvalificerede ham til at deltage på Intel International Science and Engineering Fair i Los Angeles næste år, hvor han også tog den øverste miljøpris.

Det fik han til topprisen ved 2015 Stockholm Junior Water Prize, hvor kronprinsessen af ​​Sverige overrakte ham hæderen.

"Det har været en enorm ære at blive anerkendt på internationalt plan for denne forskning, og jeg er taknemmelig for muligheden for at arbejde på dette projekt sammen med sådan en talentfuld gruppe af individer, " sagde Alagappan. "Jeg satte også særlig pris på at kunne mødes med andre unge forskere på Intel International Science Fair og Stockholm Junior Water Prize, som inspirerede mig med deres faste engagement i at løfte samfundet gennem videnskab og teknologi."