hr.llcitycouncil.org
Energija i okoliš

Ovi blistavi kristali nude novo pročišćavanje vode

Ovi blistavi kristali nude novo pročišćavanje vode



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.


Kada je u pitkoj vodi u Flintu, Mich. I Newark, NJ., Pronađena visoka razina teških metala, znanstveni tim se oglasio novim moćnim alatom, užarenim kristalima, u čišćenju zagađenih izvora vode. Sjajni kristali poznati su kao Luminescent Metal-Organic Frameworks (LMOFs) koji funkcioniraju poput minijaturnih senzora za višekratnu upotrebu koji zarobljavaju teške metale.

Jednostavna kombinacija dva dijela vodika i jednog dijela kisika čini temeljni spoj života na Zemlji. S dvije trećine zemljine površine prekrivene vodom i 75 posto u ljudskom tijelu, voda cirkulira kopnom, prevozeći, rastvarajući i pružajući organske tvari, istodobno odvozeći otpadni materijal. Od kuhanja do rekreativnih aktivnosti poput plivanja, sve zahtijeva vodu.

[Struktura LMOF-261. Izvor slike: Berkeley Labs]

Suprotno prethodnim epohama, naše je razvijeno društvo crno oku postavilo kvalitetu vode. Utjelovljenja prirodnih vodenih kanala poput rijeka, mora i oceana iskorištena su i kontaminirana. Milijuni se bore s pronalaskom odgovarajuće opskrbe sigurnom pitkom vodom. Bolesti koje se prenose vodom i dalje su jedan od vodećih uzroka smrti u cijelom svijetu.

Masivna industrijalizirana područja, zastarjeli gradovi regulirani vodom, poljoprivredne zajednice sklonije su onečišćenju podzemnih voda. Ako se ne riješi, to može dovesti do onečišćenja tla. Kontaminirana voda može prenijeti bolesti poput proljeva, kolere, dizenterije, tifusa i dječje paralize. Procjenjuje se da kontaminirana voda za piće svake godine uzrokuje 502 000 umrlih od dijareje. Prema WHO-u, do 2025. godine polovica svjetske populacije živjet će u područjima pod stresom vode.

Na čelu s istraživačima sa Sveučilišta Rutgers, znanstvenici su koristili intenzivne rendgenske zrake u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) kako bi istražili strukturu sićušnih, užarenih kristala koji otkrivaju i hvataju toksine teških metala poput olova i žive. Istraživanje je također pomoglo u proučavanju vezanja kristala na teške metale.

“Ova tehnologija mogla bi biti rješenje za uštedu novca. Drugi su razvili MOF-ove ili za otkrivanje teških metala ili za njihovo uklanjanje, ali nitko prije nije stvarno istražio onaj koji radi oboje ”, kaže Jing Li, profesor kemije sa Sveučilišta Rutgers koji je vodio istraživanje.

Postupak:

Integriranjem fluorescentne kemijske komponente Ligand, LMOF će svijetliti. Međutim, tijekom interakcije s teškim metalima, LMOF sjaj se isključuje. "Kada se metal veže za fluorescentni ligand, rezultirajući okvir fluorescira", rekao je Simon Teat, znanstvenik iz laboratorija Berkeley.

Svaki od kristala imao je oko 100 mikrona. Teat je proučavao pojedinačne LMOF kristale s X-zrakama na laboratorijskom naprednom izvoru svjetlosti (ALS). ALS je jedan od rijetkih izvora sinkronske rentgenske svjetlosti na svijetu koji su posvetili eksperimentalne stanice za kemijsku kristalografiju. Pod rendgenskim svjetlom, LMOF proizvode difrakcijske uzorke. Koristeći ove obrasce, Teat je koristio softverske alate za mapiranje njihove trodimenzionalne strukture s atomskom rezolucijom.

Izoretikularni niz LMOF-a sintetizira se ugrađivanjem jako emitiranog molekularnog fluorofora i funkcionalno različitih kolinkera u strukture na bazi Zn. Trodimenzionalne porozne mreže LMOF-261, -262 i -263 predstavljaju novu vrstu mreža.

Teat je primijetio 3D strukturu nalik mrežici koja sadrži atome ugljika, vodika, kisika, dušika i cinka koji uokviruju velike i otvorene kanale. Te strukture atomske razmjere omogućuju teškim metalima da uđu u te otvorene kanale, a zatim se kemijski vežu za MOF-ove. Uz to, strukturni detalji također mogu pomoći u dizajniranju uže specijaliziranih struktura. Zbog obilne površine MOF-a, može se adsorbirati puno onečišćenja.

[Simon Teat, zajedno s Beamlineom naprednog izvora svjetlosti (ALS). Izvor slike: Berkeley Labs]

„Intenzivne rendgenske zrake proizvedene na sinkrotronima najbolji su način za mapiranje trodimenzionalne strukture MOF-ova. Poznavanje kristalnih struktura jedan je od najvažnijih aspekata našeg istraživanja. Oni su vam potrebni da biste izvršili naknadne karakterizacije i razumjeli svojstva tih materijala ”, rekao je Jing Li.

Rezultati ispitivanja:

Prema nedavnim rezultatima objavljenim u Applied Materials and Interfaces, mješavina teških i lakih metala testirana je s tipom LMOF; u rasponu od pola sata mogao bi selektivno uzeti više od 99 posto žive iz smjese. Tim je izvijestio da u ovom procesu otkrivanja i hvatanja otrovnih teških metala niti jedan drugi MOF nije imao bolju izvedbu.

Uz to, istraživači su otkrili da se LMOF-i jako vežu za živu i olovo, ali slabo za lakše metale poput magnezija i kalcija. Međutim, ovi lakši metali nemaju iste opasnosti. „Ova je selektivna osobina, koja se temelji na molekularnoj strukturi LMOF-ova, važna. Moramo imati MOF koji je selektivan i koji će uzimati samo štetne vrste. To su obećavajući rezultati, ali pred nama je dug put ”, rekao je Li.

Uz to, istraživači su otkrili da su prije smanjenja performansi LMOF-a mogli sakupljati, očistiti i zatim ponovno koristiti LMOF-ove tijekom tri ciklusa toksičnog pročišćavanja.

Budućnost:

Li je izjavio da bi daljnja istraživanja i razvoj mogli istražiti jeftinije i trajnije LMOF-ove koji bi mogli trajati više ciklusa, a istraživači bi također mogli nastaviti s razvojem filtera za vodu s čvrstim filmom miješanjem LMOF-a s polimerima. “Ti bi se filtri mogli koristiti za hvatanje u većem opsegu. Željeli bismo nastaviti s ovim istraživanjem ”, rekla je.

Uz dovoljno financijskih sredstava, znanstveni tim želio bi testirati performanse na stvarno kontaminiranim izvorima vode. Uz to, tim je pomoću ALS-a Berkeley Lab odredio kristalne strukture MOF-a za širok spektar drugih primjena, kao što su otkrivanje eksploziva, otkrivanje toksina u hrani i LED-ovi nove vrste komponenata koje emitiraju svjetlost (poznate kao fosfor ) koji uključuju jeftinije i dovoljno materijala.

Istraživači sa Sveučilišta Texas u Dallasu i Sveučilišta Rider također su sudjelovali u ovom istraživanju. Rad je podržao DOE Ured za znanost.

VIDI TAKOĐE: Voda se smrzava umjesto da ključa u ugljičnim nanocijevima

Preko laboratorija Berkeley

Istaknuta slika ljubaznošću Sveučilišta Rutgers

Napisao Alekhya Sai Punnamaraju


Gledaj video: Calling All Cars: Body on the Promenade Deck. The Missing Guns. The Man with Iron Pipes