مواد جدید عسل را از فاضلاب سمی “استخراج” می کنند


چپ: نمودار شماتیک شبکه ZIOS ؛ و تصویربرداری SEM (میکروسکوپ الکترونی روبشی) از یک نمونه مس ZIOS روی ویفر سیلیکون. اعتبار: آزمایشگاه برکلی

ما برای رفع تشنگی و آبیاری زمین های کشاورزی فراوان به آب اعتماد می کنیم. اما هنگامی که آب بکر با فاضلاب معادن متروکه مس آلوده می شود ، چه می کنید؟

یک راه حل امیدوار کننده متکی به موادی است که اتم های فلزات سنگین مانند یون های مس را از طریق فاضلاب از طریق فرآیند جداسازی به نام جذب ، به دام می اندازند. با این حال ، محصولات ضبط یون مس موجود در بازار هنوز از ویژگی شیمیایی و ظرفیت بارگیری برای جداسازی دقیق فلزات سنگین از آب برخوردار نیستند.

اکنون تیمی از دانشمندان به سرپرستی آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در گروه انرژی (آزمایشگاه برکلی) ماده جدیدی به نام ZIOS (روی ایمیدازول سالیسیل الدوکسیم) تولید کرده اند که یون های مس را از فاضلاب با دقت و سرعت بی سابقه ای هدایت و جذب می کند. در مقاله ای که اخیراً در مجله منتشر شده است ارتباطات طبیعت، دانشمندان می گویند ZIOS اولین برنامه برای بازیابی آب در صنعت آب و جامعه تحقیقاتی را ارائه می دهد که یون های فلزات سنگین خاص را با اندازه گیری سطح کنترل اتمی آزاد می کند که فراتر از وضعیت فعلی هنر است.

نویسنده ارشد جف اوربان ، سرپرست ابزار ریخته گری مولکولی آزمایشگاه برکلی برای ساختارهای نانو معدنی ، گفت: “ZIOS از ظرفیت جذب بالایی برخوردار است و سریعترین سینتیک جذب جنبشی از همه مواد شناخته شده است.”

این مطالعه مضمون کار امضای مولکولی ریخته گری است – طراحی ، سنتز و توصیف موادی که در مقیاس نانو (میلیاردیمم متر) برای کاربردهای جدید پیشرفته در پزشکی ، تجزیه و تحلیل ، انرژی های تجدید پذیر و غیره بهینه شده اند.

به عنوان مثال ، Urban بیشتر تحقیقات خود را بر روی طراحی مواد فوق العاده نازک از مواد سخت و نرم برای کاربردهای مختلف متمرکز کرده است ، از آب شیرین کن آب مقرون به صرفه تا مواد 2-D مونتاژ خودکار برای کاربردهای انرژی تجدیدپذیر.

نویسنده ارشد ، Ngoc Bui ، عضو فوق دکترا سابق در ریخته گری مولکولی برکلی ، می گوید: “و آنچه ما در اینجا سعی کردیم تقلید کنیم عملکردهای پیچیده ای است که توسط طبیعت انجام می شود” ، به عنوان مثال ، وقتی پروتئین های سازنده یک سلول باکتری فلزات خاصی را برای تنظیم متابولیسم سلولی انتخاب می کنند. آزمایشگاهی که اکنون استادیار مهندسی شیمی ، بیولوژیک و مهندسی مواد در دانشگاه اوکلاهما است.

وی افزود: “ZIOS به ما كمك می كند بدون حذف یونهای مورد نظر ، از جمله مواد مغذی یا مواد معدنی ضروری ، فقط مس ، یك ماده آلاینده در آب كه با بیماری و نارسایی اندام همراه است ، انتخاب و حذف كنیم.”

چنین ویژگی در سطح اتمی همچنین می تواند به تکنیک های تصفیه آب با قیمت مناسب و کمک به بازیابی فلزات گرانبها منجر شود. پیتر فیسکه ، مدیر اتحاد ملی نوآوری در آب (NAWI) و آب ، گفت: “سیستم های تصفیه آب امروزه” فن آوری های جداسازی فله “هستند – فارغ از خطر و ارزش آنها ، همه املاح را بیرون می کشند. انستیتوی پایداری انرژی (WERRI) در آزمایشگاه برکلی. “مواد با دوام و بسیار انتخابی که می توانند ردپای خاصی از مواد را بدون بارگیری در سایر املاح و یا تجزیه آنها در طول زمان جذب کنند ، برای کاهش هزینه و انرژی تصفیه آب بسیار مهم خواهد بود. آنها همچنین می توانند به ما امکان استخراج فاضلاب برای فلزات گرانبها یا سایر عناصر کمیاب را بدهند. “

تمیز کردن فلزات سنگین در سطح اتمی

Urban ، Bui و همكارانش گزارش دادند كه بلورهای ZIOS در آب بسیار پایدار هستند – حداكثر تا 52 روز. و برخلاف قابهای فلزی – آلی ، ماده جدید عملکرد خوبی در محلولهای اسیدی با همان بازه pH فاضلاب معدن اسید دارد. محققان گفتند ، علاوه بر این ، ZIOS به طور انتخابی یون مس را 30-50 برابر سریعتر از جاذب مس مدرن می گیرد.

این نتایج باعث تعجب Bui شد. “در ابتدا من فکر کردم این یک اشتباه است ، زیرا کریستالهای ZIOS سطح بسیار کمی دارند و به طور کلی اعتقاد بر این است که مواد باید دارای سطح ویژه ای بالا باشند ، مانند سایر خانواده های جاذب ، مانند قاب های آلی فلزی یا قاب های معطر متخلخل ، “او گفت:” ظرفیت جذب و جذب سریع جنبشی “بنابراین من تعجب می کردم ،” شاید اتفاق پویاتر در داخل بلورها رخ دهد. “

برای فهمیدن این موضوع ، او از هیونگموک کانگ ، نویسنده همکار ، برای انجام شبیه سازی دینامیک مولکولی در مولکولی ریخته گری کمک گرفت. کانگ دانشجوی تحقیق در آزمایشگاه شهری در ریخته گری مولکولی برکلی و دکترای علوم پزشکی است. دانشجو در گروه مهندسی مکانیک در دانشگاه برکلی.

مدل های کانگ نشان داد که ZIOS ، وقتی در یک محیط آبزی غوطه ور می شود ، “مانند یک اسفنج کار می کند ، اما به روشی ساختاریافته”. “بر خلاف اسفنج ، که آب را جذب می کند و ساختار آن را در جهت های تصادفی گسترش می دهد ، ZIOS با جذب مولکول های آب در جهات خاصی گسترش می یابد.”

آزمایش های اشعه ایکس در منبع نور پیشرفته در آزمایشگاه برکلی نشان داد که منافذ کوچک یا نانو کانال های مواد – فقط 2-3 آنگستروم ، به اندازه یک مولکول آب – هنگام غوطه ور شدن در آب نیز منبسط می شوند. بوئی توضیح داد ، این انبساط توسط “شبکه پیوند هیدروژن” ایجاد می شود که هنگام تعامل ZIOS با مولکول های آب اطراف ایجاد می شود.

این انبساط نانو کانال ها باعث می شود که مولکول های آب حامل یون های مس در مقیاس بزرگتر جریان داشته باشند ، در طی آن یک واکنش شیمیایی به نام “پیوند هماهنگی” بین یون های مس و ZIOS اتفاق می افتد.

آزمایش های اضافی اشعه ایکس نشان داد که ZIOS برای یون های مس در pH زیر 3 بسیار انتخابی است – یک یافته قابل توجه ، زیرا pH تخلیه اسید معدن معمولاً PH 4 یا پایین تر است.

علاوه بر این ، محققان می گویند وقتی آب از مواد خارج می شود ، ساختار شبکه بلوری آن در کمتر از 1 نانو ثانیه (میلیاردیم ثانیه) به اندازه اصلی خود کاهش می یابد.

رابرت کوستکی ، نویسنده همکار ، موفقیت تیم را ناشی از رویکرد میان رشته ای آنها می داند. وی گفت: “استخراج انتخابی عناصر و مواد معدنی از آبهای طبیعی و تولید شده یک مشکل پیچیده علمی و فناوری است.” “برای این مطالعه ، ما از توانایی های منحصر به فرد آزمایشگاه برکلی در علوم نانو ، علوم زیست محیطی و فناوری های انرژی استفاده کردیم تا کشف علوم اولیه مواد را به فناوری تبدیل کنیم که دارای پتانسیل زیادی برای تأثیر واقعی است. Kostecki مدیر بخش ذخیره انرژی و منابع تخصیص یافته در فناوری انرژی در آزمایشگاه بركلی و یك حوزه موضوعی پیشرو برای مواد و تحقیق و توسعه در NAWI است.

محققان سپس قصد دارند اصول جدید طراحی را برای حذف انتخابی سایر آلاینده ها کشف کنند.

اوربان گفت: “در علم آب و صنعت آب ، بسیاری از خانواده ها از مواد برای ضد عفونی كردن فاضلاب ساخته شده اند ، اما تعداد کمی برای حذف فلزات سنگین از معادن آبگیری اسیدی ساخته شده اند. امیدواریم ZIOS بتواند به تغییر آن كمك كند.”


فیلتر ترمیم محیط


اطلاعات بیشتر:
Ngoc T. Bui و همکاران ، مجتمع ابر مولکولی متصل به هیدروژن متصل به طبیعت برای حذف انتخابی یون های مس از آب ، ارتباطات طبیعت (2020) DOI: 10.1038 / s41467-020-17757-6

تهیه شده توسط آزمایشگاه ملی لارنس برکلی

نقل قول: مواد جدید مس را از فاضلاب سمی “استخراج” می کند (2020 ، 24 نوامبر) ، در 24 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-material-copper-toxic-wastewater استخراج می شود. html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*