hu.llcitycouncil.org
Energia és környezetvédelem

Ezek a csillogó kristályok új víztisztítást kínálnak

Ezek a csillogó kristályok új víztisztítást kínálnak



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.


Amikor Flint-ben (Michigan) és Newarkban, New York-ban magas szintű nehézfémeket találtak az ivóvízben, egy tudományos csapat új hatékony eszközzel, izzó kristályokkal jelentkezett a szennyezett vízforrások megtisztításában. A csillogó kristályok lumineszcens fém-szerves keretek (LMOF) néven ismertek, amelyek miniatűrként működnek, és újrafelhasználható érzékelők, amelyek csapdába ejtik a nehézfémeket.

Két rész hidrogén és egy rész oxigén egyszerű kombinációja alkotja a Föld életének alapvegyületét. Mivel a földfelszín kétharmadát víz borítja, és 75 százaléka az emberi testben van, a víz a szárazföldön szállítja, oldja, szerves anyagokat szolgáltat, miközben elszállítja a hulladékot. A főzéstől az olyan szabadidős tevékenységekig, mint az úszás, mindenhez víz kell.

[Az LMOF-261 szerkezete. Kép forrása: Berkeley Labs]

A korábbi korszakokkal ellentétben fejlett társadalmunk fekete szemet adott a vízminőségre. A természetes vízi csatornák, például a folyók, tengerek és óceánok megvalósításait kihasználták és szennyezték. Milliók küzdenek a biztonságos ivóvíz megfelelő mennyiségének megtalálásával. A vízben terjedő betegségek továbbra is az egyik vezető halálok az egész világon.

Hatalmas ipari területek, elavult vízszabályozással rendelkező városok, mezőgazdasági közösségek hajlamosabbak a talajvíz szennyezésére. Ha nem foglalkoznak vele, talajszennyeződéshez vezethet. A szennyezett víz olyan betegségeket közvetíthet, mint a hasmenés, a kolera, a vérhas, a tífusz és a gyermekbénulás. A szennyezett ivóvíz becslések szerint évente 502 000 hasmenéses halált okoz. A WHO szerint 2025-re a világ népességének fele vízterhelésnek kitett területeken fog élni.

A Rutgers Egyetem kutatóinak vezetésével a tudósok intenzív röntgensugarakat használtak a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumban (Berkeley Lab), hogy megvizsgálják az apró, izzó kristályok szerkezetét, amelyek detektálják és befogják a nehézfém-toxinokat, például az ólmot és a higanyot. A kutatás segített a kristályok nehézfémekhez való kötődésének tanulmányozásában is.

„Ez a technológia pénzt takaríthat meg. Mások a nehézfémek kimutatására vagy eltávolításukra fejlesztettek ki MOF-eket, de korábban senki sem vizsgálta igazán olyat, amely mindkettőt elvégzi. ”- mondja Jing Li, a kutatást vezető Rutgers Egyetem kémia professzora.

A folyamat:

A fluoreszcens kémiai komponens Ligand integrálásával az LMOF világítani fog. A nehézfémekkel való kölcsönhatás során azonban az LMOF izzása kikapcsol. "Amikor a fém kötődik a fluoreszcens ligandumhoz, a kapott keret fluoreszkál" - mondta Simon Teat, a Berkeley Lab munkatársainak tudósa.

A kristályok mindegyike körülbelül 100 mikron volt. Teat röntgensugarakkal tanulmányozta az egyes LMOF kristályokat a labor Advanced Light Source (ALS) laboratóriumában. Az ALS egyike azon kevés szinkrotron röntgen fényforrásoknak a világon, amelyek kísérleti állomásokat szánnak a kémiai kristályográfiára. A röntgensugárzás alatt az LMOF diffrakciós mintákat produkál. Ezen minták felhasználásával a Teat szoftvereszközöket használt fel háromdimenziós szerkezetük atomfelbontással történő feltérképezésére.

Az LMOF-ek izoretikuláris sorozatát úgy szintetizálják, hogy erősen emissziós molekuláris fluorofort és funkcionálisan sokféle kolinkert beépítenek a Zn-alapú struktúrákba. Az LMOF-261, -262 és -263 háromdimenziós porózus hálózatai új típusú hálókat képviselnek.

Teat egy rácsszerű mintázatos 3D-s struktúrára figyelt fel, amely szén-, hidrogén-, oxigén-, nitrogén- és cinkatomokat tartalmaz, amelyek nagy és nyitott csatornákat kereteznek. Ezek az atomméretű szerkezetek lehetővé teszik, hogy a nehézfémek belépjenek ezekbe a nyitott csatornákba, majd kémiailag kötődjenek a MOF-ekhez. Ezenkívül a szerkezeti részletek a speciálisabb szerkezetek tervezésében is segítséget nyújthatnak. A MOF bőséges felülete miatt rengeteg szennyező anyag adszorbeálódhat.

[Simon Teat, valamint az Advanced Light Source (ALS) Beamline. Kép forrása: Berkeley Labs]

„A szinkrotronokon előállított intenzív röntgensugarak jelentik a legjobb módot a MOF-ek 3D-s szerkezetének feltérképezésére. A kristályszerkezetek ismerete a kutatás egyik legfontosabb szempontja. Ezekre szükséged van a későbbi jellemzések elvégzéséhez és az anyagok tulajdonságainak megértéséhez. ”- mondta Jing Li.

Vizsgálati eredmények:

Az Applied Materials and Interfaces cikkben közölt friss eredmények szerint nehéz- és könnyűfémek keverékét tesztelték egyfajta LMOF-rel; fél órán belül szelektíven felveheti a keverékből a higany több mint 99 százalékát. A csapat beszámolt arról, hogy a mérgező nehézfémek kimutatásának és befogásának ebben a folyamatában egyetlen más MOF sem teljesített jobban.

Ezenkívül a kutatók azt találták, hogy az LMOF-ek erősen kötődnek a higanyhoz és az ólomhoz, de gyengén kötődnek a könnyebb fémekhez, például a magnéziumhoz és a kalciumhoz. Ezeknek a könnyebb fémeknek azonban nem ugyanaz a veszélye. „Ez az LMOF-ok molekuláris felépítésén alapuló szelektív tulajdonság fontos. Olyan MOF-re van szükségünk, amely szelektív és csak a káros fajokat veszi fel. Ezek ígéretes eredmények, de még hosszú utat kell megtenni - mondta Li.

Ezenkívül a kutatók azt találták, hogy az LMOF teljesítménycsökkenése előtt összegyűjthették, megtisztíthatták, majd újból felhasználhatták az LMOF-okat a mérgező tisztítás három ciklusában.

A jövő:

Li kijelentette, hogy a további kutatás és fejlesztés felkutathatja az olcsóbb és tartósabb LMOF-eket, amelyek akár több ciklusig is eltarthatnak, és a kutatók folytathatják a szilárd fóliával rendelkező vízszűrők kifejlesztését is, az LMOF-ek polimerekkel való keverésével. „Ezeket a szűrőket nagyobb mértékű rögzítésre lehetne használni. Szeretnénk folytatni ezt a kutatást. ”- mondta.

Megfelelő finanszírozás mellett a tudományos csapat tesztelni szeretné a valóban szennyezett vízforrások teljesítményét. Ezen túlmenően a csapat a Berkeley Lab ALS-t használta a MOF kristályszerkezetének meghatározására számos más alkalmazáshoz, például nagy robbanóanyagok detektálásához, élelmiszer-toxin detektáláshoz és LED-ek új típusú fénykibocsátó komponenseihez (foszforokként ismertek) ), amelyek olcsóbb és bőségesebb anyagokat tartalmaznak.

A kutatásban a Dallasi Texas Egyetem és a Rider Egyetem kutatói is részt vettek. A munkát a DOE Tudományos Iroda támogatta.

LÁSD MÉG: A víz megfagy ahelyett, hogy szén nanocsövekben forralna

Via Berkeley Lab

A kiemelt kép a Rutgers University jóvoltából

Írta: Alekhya Sai Punnamaraju


Nézd meg a videót: Gyógyító Kövek