Raisin yliopiston tutkijat ovat esittäneet materiaalin, joka pystyy hajottamaan valon avulla PFAS-yhdisteiden kaltaisia epäpuhtauksia, joita kutsutaan nimellä ”ikuiset”. Onko tämä tehokkain ratkaisu, joka on tähän mennessä löydetty?
Sisällysluettelo
Kuinka poistaa ”ikuiset epäpuhtaudet” vedestä ilman aggressiivisten kemikaalien tai raskasmetallien käyttöä? Ryhmä tutkijoita Rice-yliopistosta Houstonissa otti tämän tehtävän hoitaakseen. Tutkimuksessa 23 tutkijan ryhmä esittelee uuden materiaalin, joka kykenee hajottamaan laajan kirjon epäpuhtauksia, mukaan lukien pahamaineiset PFAS-yhdisteet, perfluorialkyylit ja polyfluorialkyylit, jotka säilyvät ympäristössä.
Tämä innovaatio perustuu kovalenttisiin orgaanisiin rakenteisiin (lyhennettynä COF), jotka ovat huokoisia materiaaleja, joilla on ”suuri vaihtopinta-ala”. Valon vaikutuksesta käynnistyy fotokatalyyttinen mekanismi, jonka seurauksena tietyt elektronit siirtyvät jättäen jälkeensä positiivisesti varautuneita ”aukkoja”. Varauksien jakautumisen jälkeen COF:t aiheuttavat kemiallisia reaktioita, jotka pystyvät hajottamaan pysyviä epäpuhtauksia, kuten lääkejäämiä, teollisia väriaineita tai PFAS:iä.
COF ja hBN: voittoisa yhdistelmä.
Raisin yliopiston materiaalitieteen ja nanoinsinööritieteen laitoksen tutkijat ovat saavuttaneet tärkeän virstanpylvään kehittämällä nämä COF:t suoraan kaksiulotteiselle heksagonaaliselle boorinitridikalvolle (hBN), joka on myrkytön materiaali, jota on yleensä erittäin vaikea muokata.
”Kehittämällä innovatiivisen yhdistelmän kahdesta turvallisesta ja kevyestä materiaalista olemme luoneet tehokkaan pinnan, joka torjuu likaa, toimii nopeasti, on tehokas monia erilaisia epäpuhtauksia vastaan eikä sisällä ympäristöä vahingoittavia metalleja. Tämä on tärkeää, koska se on puhtaampi, edullisempi ja kestävämpi tapa suojella vesivaroja”, selittää tutkimuksen johtava kirjoittaja Yifan Zhu 15. joulukuuta.
Testattu todellisia olosuhteita vastaavissa olosuhteissa.
Kuinka he onnistuivat yhdistämään nämä kaksi materiaalia, jotka tunnetusti ovat vaikeita liimata yhteen? Defektien avulla! Tämä tekniikka edellyttää vikojen tai epätäydellisyyksien tarkoituksellista lisäämistä materiaaliin, jotta sille saadaan uusia ominaisuuksia tai käyttäytymistä. Tässä nimenomaisessa tapauksessa tutkijat syövättivät mikropuutteita, eräänlaisia naarmuja, hBN:n pinnalle luodakseen reaktiivisia kiinnityskohtia, joihin COF voi kiinnittyä ja sitten kasvaa.
”Koska kasvatimme niitä yhdessä sen sijaan, että olisimme vain sekoittaneet ne, saimme aikaan sidoksellisen rakenteen, jossa varaukset kiertävät helposti ilman viivästyksiä”, korostaa Yifan Zhu. Sitten niiden luomista testattiin olosuhteissa, jotka olivat samanlaiset kuin vedenpuhdistamoissa, pysty- ja vaakasuuntaisissa virtausreaktoreissa. Jopa useiden syklien jälkeen materiaali säilytti rakenteensa ja ominaisuutensa, mikä osoittaa sen suurta potentiaalia.
