Rensevand med smart rust og magneter

For at gøre dem "smarte" udviklede holdet en teknik til at fastgøre phosphonsyremolekyler på de nanometerstore kugler. "Efter at vi har tilføjet et lag af molekylerne til jernoxidkernerne, ligner de hår, der stikker ud af disse partiklers overflader," siger Halik, der er baseret på Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Derefter kan forskerne ved at ændre det, der er bundet til den anden side af fosfonsyrerne, tune egenskaberne af nanopartiklernes overflader til kraftigt at adsorbere forskellige typer forurenende stoffer.

Tidlige versioner af smart rust fangede råolie fra vand indsamlet fra Middelhavet og glyphosat fra damvand opsamlet nær forskernes universitet. Derudover demonstrerede holdet, at smart rust kunne fjerne nano- og mikroplastik, der blev tilføjet til laboratorie- og flodvandsprøver.

Hidtil har holdet målrettet forurenende stoffer, der er til stede i for det meste store mængder. Lukas Müller, en kandidatstuderende, der præsenterer nyt arbejde på mødet, ville vide, om han kunne ændre rustnanopartiklerne for at tiltrække sporforurenende stoffer, såsom hormoner. Når nogle af menneskekroppens hormoner udskilles, skylles de ud i spildevandet og kommer til sidst i vandvejene. Naturlige og syntetiske østrogener er en sådan gruppe af hormoner, og de vigtigste kilder til disse forurenende stoffer omfatter affald fra mennesker og husdyr. Mængderne af østrogener er meget lave i miljøet, siger Müller, så de er svære at fjerne. Alligevel har selv disse niveauer vist sig at påvirke metabolismen og reproduktionen af ​​nogle planter og dyr, selvom virkningerne af lave niveauer af disse forbindelser på mennesker over lange perioder ikke er fuldt kendte.

"Jeg startede med det mest almindelige østrogen, østradiol, og derefter fire andre derivater, der deler lignende molekylære strukturer," siger Müller. Østrogenmolekyler har et omfangsrigt steroidlegeme og dele med små negative ladninger. For at udnytte begge egenskaber coatede han jernoxidnanopartikler med to sæt forbindelser:en, der var lang og en anden, der var positivt ladet. De to molekyler organiserede sig på nanopartiklernes overflade, og forskerne antager, at de sammen bygger mange milliarder "lommer", der trækker østradiolen ind og fanger det på plads.

Fordi disse lommer er usynlige for det blotte øje, har Müller brugt højteknologiske instrumenter til at verificere, at disse østrogenfangende lommer eksisterer. Foreløbige resultater viser effektiv udvinding af hormonerne fra laboratorieprøver, men forskerne er nødt til at se på yderligere eksperimenter fra solid-state nuklear magnetisk resonansspektroskopi og småvinklet neutronspredning for at verificere lommehypotesen. "Vi forsøger at bruge forskellige puslespilsbrikker til at forstå, hvordan molekylerne faktisk samles på nanopartiklernes overflade," forklarer Müller.

I fremtiden vil holdet teste disse partikler på virkelige vandprøver og bestemme antallet af gange, de kan genbruges. Fordi hver nanopartikel har et højt overfladeareal med masser af lommer, siger forskerne, at de burde være i stand til at fjerne østrogener fra flere vandprøver og derved reducere omkostningerne pr. rengøring. "Ved gentagne gange at genbruge disse partikler, kan den materielle påvirkning fra denne vandbehandlingsmetode blive meget lille," slutter Halik.

Flere oplysninger: Smart rust til at rense vand fra hormoner, ACS efterår 2023

Leveret af American Chemical Society