Ny hydrogel fjerner mikroplastik fra vand

Mikroplast udgør en stor trussel mod menneskers sundhed. Disse små plastikrester kan trænge ind i vores kroppe gennem det vand, vi drikker, og øge risikoen for sygdomme. De er også en miljørisiko; findes selv i fjerntliggende områder som polare iskapper og dybe havgrave, de truer akvatiske og terrestriske livsformer.

For at bekæmpe dette nye forurenende stof har forskere ved Indian Institute of Science (IISc) designet en bæredygtig hydrogel til at fjerne mikroplastik fra vand. Materialet har et unikt sammenflettet polymernetværk, der kan binde forureningen og nedbryde dem ved hjælp af UV-lysbestråling. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Nanoscale .

Forskere har tidligere forsøgt at bruge filtrerende membraner til at fjerne mikroplast. Imidlertid kan membranerne blive tilstoppet med disse små partikler, hvilket gør dem uholdbare. I stedet besluttede IISc-teamet ledet af Suryasarathi Bose, professor ved Institut for Materialeteknik, at vende sig til 3D-hydrogeler.

Den nye hydrogel udviklet af teamet består af tre forskellige polymerlag - chitosan, polyvinylalkohol og polyanilin - flettet sammen og danner en Interpenetrating Polymer Network (IPN) arkitektur. Holdet infunderede denne matrix med nanoclusters af et materiale kaldet kobbererstatningspolyoxometalat (Cu-POM).

Disse nanoclusters er katalysatorer, der kan bruge UV-lys til at nedbryde mikroplasten. Kombinationen af ​​polymererne og nanoclusterne resulterede i en stærk hydrogel med evnen til at adsorbere og nedbryde store mængder mikroplast.

Det meste mikroplast er et produkt af den ufuldstændige nedbrydning af husholdningsplast og fibre. For at efterligne dette i laboratoriet knuste holdet låg til madbeholdere og andre plastikprodukter til daglig brug for at skabe to af de mest almindelige mikroplast, der findes i naturen:polyvinylchlorid og polypropylen.

"Sammen med behandling eller fjernelse af mikroplastik er et andet stort problem påvisning. Fordi disse er meget små partikler, kan du ikke se dem med det blotte øje," forklarer Soumi Dutta, førsteforfatter af undersøgelsen og SERB National Post-doc. Institut for Materialeteknik.

For at løse dette problem tilføjede forskerne et fluorescerende farvestof til mikroplastikken for at spore, hvor meget der blev adsorberet og nedbrudt af hydrogelen under forskellige forhold. "Vi kontrollerede fjernelse af mikroplast ved forskellige pH-niveauer af vand, forskellige temperaturer og forskellige koncentrationer af mikroplast," forklarer Dutta.

Hydrogelen viste sig at være yderst effektiv - den kunne fjerne omkring 95% og 93% af de to forskellige typer mikroplast i vand ved næsten neutral pH (~6,5). Holdet gennemførte også flere eksperimenter for at teste, hvor holdbart og stærkt materialet var. De fandt ud af, at kombinationen af ​​de tre polymerer gjorde det stabilt under forskellige temperaturer.

"Vi ønskede at lave et materiale, der er mere bæredygtigt og kan bruges gentagne gange," forklarer Bose. Hydrogelen kunne holde i op til fem cyklusser med fjernelse af mikroplast uden væsentligt tab af effektivitet. Hvad mere er, påpeger Bose, er, at når hydrogelen har udlevet sin brug, kan den omdannes til kulstof nanomaterialer, der kan fjerne tungmetaller som hexavalent chrom fra forurenet vand.

Fremover planlægger forskerne at arbejde sammen med samarbejdspartnere om at udvikle en enhed, der kan implementeres i stor skala for at hjælpe med at rense mikroplastik fra forskellige vandkilder.

Flere oplysninger: Soumi Dutta et al, Polyoxometalate nanocluster-infunderede triple IPN hydrogeler til fremragende fjernelse af mikroplastik fra forurenet vand:detektion, fotonedbrydning og upcycling, Nanoskala (2024). DOI:10.1039/D3NR06115A

Journaloplysninger: Nanoskala

Leveret af Indian Institute of Science