Sølv nanopartikler i tøj skyller ud - og kan true menneskers sundhed og miljøet

Mennesker har siden oldtiden vidst, at sølv dræber eller stopper væksten af ​​mange mikroorganismer. Hippokrates, medicinens far, siges at have brugt sølvpræparater til behandling af sår og helbredelse af sår. Indtil introduktionen af ​​antibiotika i 1940'erne kolloidt sølv (små partikler suspenderet i en væske) var en grundpille til behandling af forbrændinger, inficerede sår og sår. Sølv bruges stadig i dag i sårforbindinger, i cremer og som belægning på medicinsk udstyr.

Siden 1990'erne har producenter har tilføjet sølvnanopartikler til adskillige forbrugerprodukter for at forbedre deres antibakterielle og lugtbekæmpende egenskaber. Eksempler omfatter tøj, håndklæder, undertøj, sokker, tandpasta og blødt legetøj. Nanopartikler er ultra-små partikler, fra 1 til 100 nanometer i diameter - for lille til selv at se med et mikroskop. Ifølge en meget citeret database, omkring en fjerdedel af nanomaterialebaserede forbrugerprodukter, der i øjeblikket markedsføres i USA, indeholder nanosølv.

Flere undersøgelser har rapporteret, at nanosølv siver ud af tekstiler, når de vaskes. Forskning viser også, at nanosølv kan være giftigt for mennesker og organismer i vand- og havorganismer. Selvom det er meget udbredt, lidt forstås om dens skæbne eller langsigtede toksiske virkninger i miljøet.

Vi udvikler måder at konvertere denne potentielle økologiske krise til en mulighed ved at genvinde ren sølv nanopartikler, som har mange industrielle anvendelser, fra vasketøjsspildevand. I en nylig offentliggjort undersøgelse, vi beskriver en teknik til sølvgendannelse og diskuterer de centrale tekniske udfordringer. Vores tilgang tackler dette problem ved kilden - i dette tilfælde individuelle vaskemaskiner. Vi mener, at denne strategi har et stort løfte om at få nyligt identificerede forurenende stoffer ud af spildevand.

En tekstil sølv lode

Brugen af ​​nanosølv i forbrugerprodukter er støt steget i det sidste årti. Markedsandelen for sølvbaserede tekstiler steg fra 9 procent i 2004 til 25 procent i 2011.

Flere efterforskere har målt sølvindholdet i tekstiler og fundet værdier fra 0,009 til 21, 600 milligram sølv pr. Kilogram tekstil. Undersøgelser viser, at mængden af ​​sølv, der udvaskes i vaskeopløsningen, afhænger af mange faktorer, herunder interaktioner mellem vaskemiddel og andre kemikalier, og hvordan sølv sættes til tekstilerne.

Hos mennesker, udsættelse for sølv kan skade leverceller, hud og lunger. Langvarig eksponering eller eksponering for en stor dosis kan forårsage en tilstand kaldet Argyria, hvor offerets hud bliver permanent blågrå.

Sølv er giftigt for mange mikrober og vandorganismer, herunder zebrafisk, regnbueørreder og dyreplankton.

Når sølv går ned i afløbet og ender på spildevandsrensningsanlæg, det kan potentielt skade bakterielle behandlingsprocesser, gør dem mindre effektive, og fejlbehandlingsudstyr. Mere end 90 procent af sølvnanopartikler frigivet i spildevand ender i næringsrige biosolider, der er tilovers ved afslutningen af ​​spildevandsrensning, som ofte bruges på land som landbrugsgødning.

Dette udgør flere risici. Hvis planter optager sølv fra jorden, de kunne koncentrere det og introducere det i fødekæden. Det kan også udvaskes i grundvand eller skylle ud i floder via regnvejr eller erosion.

Behandling af vaskevand ved kilden

Vores forskning viser, at den mest effektive måde at fjerne sølv fra spildevand er ved at behandle det i vaskemaskinen. På dette tidspunkt er sølvkoncentrationerne relativt høje, og sølv frigives oprindeligt fra behandlet tøj i en kemisk form, der er mulig at genoprette.

Når vasketøj er vasket, ledes det til rensningsanlæg og blandes med spildevand og vand fra andre kilder, sølvkoncentrationer falder betydeligt og kan omdannes til forskellige kemiske former.

Lidt kemi er nyttigt her. Vores genoprettelsesmetode anvender en meget udbredt kemiproces kaldet ionbytning. Ioner er atomer eller molekyler, der har en elektrisk ladning. I ionbytning, et fast stof og en væske bringes sammen og bytter ioner med hinanden.

For eksempel, husholdningssæber skummer ikke godt i "hårdt" vand, som indeholder høje niveauer af ioner såsom magnesium og calcium. Mange hjemmefiltre bruger ionbytter til at "blødgøre" vandet, udskiftning af disse materialer med andre ioner, der ikke påvirker dets egenskaber på samme måde.

For at denne proces fungerer, de ioner, der skifter sted, skal både være positivt eller negativt ladet. Nanosilver frigives oprindeligt fra tekstiler som sølvion, som er en kation - en ion med en positiv ladning (deraf plustegnet i dets kemiske symbol, Ag+).

Selv ved kilden, at fjerne sølv fra vaskevand er en udfordring. Sølvkoncentrationer i vaskeopløsningen er relativt lave i forhold til andre kationer, såsom calcium, der kan forstyrre fjernelsesprocessen. Vaskemiddelkemi komplicerer billedet yderligere, fordi nogle vaskemiddelkomponenter potentielt kan interagere med sølv.

For at genvinde sølv uden at afhente andre kemikalier, genoprettelsesprocessen skal bruge materialer, der har en kemisk affinitet til sølv. I en tidligere undersøgelse, vi beskrev en potentiel løsning:Brug af ionbytningsmaterialer indlejret i svovlbaserede kemikalier, som fortrinsvis binder med sølv.

I vores nye undersøgelse, vi førte vaskevand gennem en ionbytterharpikssøjle og analyserede, hvordan hver større vaskemiddelbestanddel interagerede med sølv i vandet og påvirkede harpiksens evne til at fjerne sølv fra vandet. Ved at manipulere procesbetingelser såsom pH, temperatur og koncentration af ikke -sølvkationer, vi var i stand til at identificere forhold, der maksimerede sølvindvinding.

Vi fandt ud af, at pH og niveauerne af calciumioner (Ca2+) var kritiske faktorer. Højere niveauer af hydrogen- eller calciumioner binder vaskemiddelbestanddele og forhindrer dem i at interagere med sølvioner, så ionbytterharpiksen kan fjerne sølvet fra opløsningen. Vi fandt også ud af, at nogle vaskemiddelbestanddele-især blegemidler og vandblødgøringsmidler-fik ionbytterharpiksen til at fungere mindre effektivt. Afhængigt af disse forhold, vi genvundet mellem 20 procent og 99 procent af sølvet i vaskevandet.

Vores resultater kan anspore forskning i alternative vaskemiddelformuleringer, der forbedrer sølvindvinding. De viser også, at ionbytningsteknologi kan genvinde sporsølv fra vaskevand, der indeholder høje niveauer af vaskemiddel.

Fremtiden for spildevandsrensning

I dag opsamles spildevand fra flere kilder, såsom hjem og virksomheder, og ledes over lange afstande til centraliserede spildevandsrensningsanlæg. Men stigende bevis viser, at disse faciliteter er dårligt udstyret til at holde nyligt identificerede forurenende stoffer ude af miljøet, da de bruger en fælles behandlingsordning til mange forskellige affaldsstrømme.

Vi mener, at fremtiden ligger i decentraliserede systemer, der kan behandle forskellige typer spildevand med specifikke teknologier designet specielt til de materialer, de indeholder. Hvis spildevand fra vaskerier indeholder andre forurenende stoffer end spildevand fra restauranter, hvorfor behandle dem på samme måde?

Vores tilgang er både mere effektiv og en mere effektiv måde at løse nye miljøproblemer på - muligvis gennem et trin så simpelt som at installere en specialiseret vandbehandlingspatron i din vaskemaskine.