cs.llcitycouncil.org
Energie a životní prostředí

Tyto zářivé krystaly nabízejí nové čištění vody

Tyto zářivé krystaly nabízejí nové čištění vody



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.


Když byly ve Flintu v Michiganu a Newarku v New Yorku nalezeny vysoké hladiny těžkých kovů v pitné vodě, přišel vědecký tým s novým mocným nástrojem, který zářící krystaly, při čištění kontaminovaných vodních zdrojů. Zářící krystaly jsou známé jako Luminescent Metal-Organic Frameworks (LMOF), které fungují jako miniaturní a opakovaně použitelné senzory, které zachycují těžké kovy.

Jednoduchá kombinace dvou částí vodíku a jedné části kyslíku tvoří základní sloučeninu života na Zemi. Se dvěma třetinami zemského povrchu pokrytými vodou a 75 procenty v lidském těle voda cirkuluje po zemi a transportuje, rozpouští se, poskytuje organickou hmotu a odnáší odpadní materiál. Od vaření po rekreační aktivity, jako je plavání, vše vyžaduje vodu.

[Struktura LMOF-261. Zdroj obrázku: Berkeley Labs]

Na rozdíl od předchozích epoch dala naše rozvinutá společnost pozornost kvalitě vody. Ztělesnění přirozených vodních kanálů, jako jsou řeky, moře a oceány, byly využívány a kontaminovány. Miliony lidí se potýkají s hledáním dostatečného množství bezpečné pitné vody. Nemoci přenášené vodou jsou stále jednou z hlavních příčin úmrtí na celém světě.

Mohutné průmyslové oblasti, zastaralá města regulovaná vodou, zemědělské komunity jsou náchylnější ke kontaminaci podzemních vod. Pokud to nebude vyřešeno, může to vést ke kontaminaci půdy. Znečištěná voda může přenášet nemoci, jako je průjem, cholera, úplavice, tyfus a obrna. Odhaduje se, že kontaminovaná pitná voda každoročně způsobí 502 000 průjmových úmrtí. Podle WHO bude do roku 2025 polovina světové populace žít v oblastech ohrožených vodou.

Vedeni vědci z Rutgers University použili vědci intenzivní rentgenové záření v Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ke zkoumání struktury drobných zářících krystalů, které detekují a zachycují toxiny těžkých kovů, jako je olovo a rtuť. Výzkum také pomohl při studiu vazby krystalů na těžké kovy.

"Tato technologie by mohla být řešením pro úsporu peněz." Jiní vyvinuli MOF buď pro detekci těžkých kovů, nebo pro jejich odstranění, ale nikdo předtím skutečně nezkoumal ten, který dělá obojí, “říká Jing Li, profesor chemie na Rutgersově univerzitě, který vedl výzkum.

Proces:

Integrováním fluorescenční chemické složky Ligand bude LMOF zářit. Během interakce s těžkými kovy se však záře LMOF vypne. "Když se kov váže na fluorescenční ligand, výsledná kostra fluoreskuje," řekl Simon Teat, vědecký pracovník Berkeley Lab.

Každý z krystalů měří asi 100 mikronů. Teat studoval jednotlivé krystaly LMOF pomocí rentgenového záření v laboratoři Advanced Light Source (ALS). ALS je jedním z mála synchrotronových rentgenových světelných zdrojů na světě, které se věnovaly experimentálním stanicím pro chemickou krystalografii. Pod rentgenovým světlem vytváří LMOF difrakční obrazce. Pomocí těchto vzorů společnost Teat využila softwarové nástroje k mapování své trojrozměrné struktury s atomovým rozlišením.

Isoretikulární řada LMOF je syntetizována začleněním silně emisního molekulárního fluoroforu a funkčně rozmanitých slínků do struktur na bázi Zn. Trojrozměrné porézní sítě LMOF-261, -262 a -263 představují nový typ sítí.

Teat si všiml mřížky podobné vzorované 3D struktuře, která obsahuje atomy uhlíku, vodíku, kyslíku, dusíku a zinku, které rámovaly velké a otevřené kanály. Tyto struktury v atomovém měřítku umožňují těžkým kovům vstoupit do těchto otevřených kanálů a poté se chemicky vázat na MOF. Kromě toho mohou konstrukční detaily také pomoci při navrhování více specializovaných struktur. Vzhledem k velkému povrchu MOF může být adsorbováno mnoho kontaminantů.

[Simon Teat spolu s Advanced Light Source (ALS) Beamline. Zdroj obrázku: Berkeley Labs]

"Intenzivní rentgenové záření produkované na synchrotronech je nejlepší způsob, jak zmapovat 3-D strukturu MOF." Znalost krystalových struktur je jedním z nejdůležitějších aspektů našeho výzkumu. Ty potřebujete, abyste mohli provádět následné charakterizace a porozumět vlastnostem těchto materiálů, “řekl Jing Li.

Výsledky testů:

Podle posledních výsledků publikovaných v Applied Materials and Interfaces byla testována směs těžkých a lehkých kovů s typem LMOF; v rozpětí půl hodiny mohl selektivně odebrat ze směsi více než 99 procent rtuti. Tým uvedl, že v tomto procesu detekce a zachycení toxických těžkých kovů žádné jiné MOF nedosahovaly lepších výsledků.

Vědci navíc zjistili, že LMOF se silně váží na rtuť a olovo, ale slabě se váží na lehčí kovy, jako je hořčík a vápník. Tyto lehčí kovy však nemají stejná rizika. "Tato selektivní vlastnost založená na molekulárním složení LMOF je důležitá." Musíme mít MOF, která je selektivní a bude brát pouze škodlivé druhy. Jsou to slibné výsledky, ale čeká nás ještě dlouhá cesta, “řekl Li.

Vědci navíc zjistili, že před snížením výkonu LMOF mohli shromáždit, vyčistit a znovu použít LMOF po dobu tří cyklů toxického čištění.

Budoucnost:

Li uvedl, že další výzkum a vývoj by mohl prozkoumat levnější a odolnější LMOF, které by mohly vydržet více cyklů, a vědci by také mohli usilovat o vývoj vodních filtrů s pevným filmem smícháním LMOF s polymery. "Tyto filtry lze použít k zachycení ve větším měřítku." Rádi bychom v tomto výzkumu pokračovali, “řekla.

Při dostatečném financování by vědecký tým chtěl otestovat výkon na skutečně kontaminovaných vodních zdrojích. Kromě toho tým ALS společnosti Berkeley Lab použil k určení krystalových struktur MOF pro širokou škálu dalších aplikací, jako je detekce vysoce výbušnin, detekce toxinů v potravinách a LED nové typy složek emitujících světlo (známé jako fosfory) ), které obsahují levnější a dostatek materiálů.

Na tomto výzkumu se podíleli také vědci z University of Texas v Dallasu a Rider University. Práce byla podpořena DOE Office of Science.

VIZ TÉŽ: Voda místo vaření v uhlíkových nanotrubkách zamrzá

Přes Berkeley Lab

Doporučený obrázek s laskavým svolením Rutgers University

Napsal Alekhya Sai Punnamaraju


Podívejte se na video: 24. díl: Společenské akvárium - více druhů rybiček v akváriu. Škola Super zoo