Ученые, совершившие прорыв в технологиях очистки воды, были вдохновлены морским существом

Команда исследователей разработала эффективный метод очистки воды, взяв за образец организм актиний, морских существ, которые охотясь, захватывают свою добычу щупальцами.

В совместном исследовании, проведённом лабораториями Менахема Элимелеха Йельского университета и Хуа Чжан Чжао Пекинского университета, для очистки воды от вредных примесей применялся материал, известный как нанокоагулянт.

Новое открытие, позволяющее удалять из воды широкий спектр загрязняющих веществ за один заход, открывает огромные перспективы по сравнению с традиционными технологиями очистки воды.

Результаты были опубликованы в издании Nature Nanotechnology.

Обычные коагулянты, такие как сульфат алюминия и другие соли металлов, будучи добавленными в воду, позволяют очищать её от крупных частиц путём формирования из них более массивных образований с последующим осаждением. Поскольку эти коагулянты не позволяют удалять из воды мелкие растворённые частицы, приходится применять дополнительные способы очистки. Однако это обходится в немалые суммы и требует значительных энергозатрат и больших площадей. Создание эффективной и при этом простой в применении технологии полной очистки является ключом к решению глобальной проблемы нехватки воды.

Исследовательская группа синтезировала новый, очень стабильный нанокоагулянт, отличающийся от обычных коагулянтов структурой, производительностью и свойствами. Помимо удаления взвешенных частиц, этот нанокоагулянт также удаляет мелкие растворённые примеси.

«Структура коагулянта определяет его действие, — сказал Райан Дю Шануа, аспирант лаборатории Элимелеха. – В определённых условиях нанокоагулянт сохраняет структуру, позволяющую осуществлять его длительное хранение».

Актиния — это морской анемон, имеющий сферическое тело и щупальца, втягивающиеся во время отдыха и вытягивающиеся в процессе охоты. Ориентируясь на этого морского хищника в качестве модели для своей разработки, исследователи синтезировали коагулянт, применяя органические и неорганические компоненты для копирования структуры актинии.

Подобно актинии, нанокоагулянт имеет ядерно-оболочечную структуру, расширяющуюся в воде. Оболочка дестабилизирует и окутывает более крупные частицы взвеси, тогда как открытое ядро захватывает мелкие растворённые частицы. Нанокоагулянт широкого спектра действия способен очищать воду как от последствий микрозагрязнений, так и от более крупных частиц, что недостижимо для обычных методов очистки.

«Способность удалять нитраты оказалась достаточно неожиданной, поскольку традиционные водяные коагулянты показывают крайне низкую эффективность их удаления, — сказал Элимелех, профессор в области химических технологий защиты окружающей среды. – В очистке воды это порой имеет решающее значение, поскольку повышенная концентрация нитратов, растворённых в воде, может приводить к синдрому «голубого ребёнка» — смертельно опасного состояния, поражающему маленьких детей в некоторых частях света».

Профессор Пекинского университета Хуа Чжан Чжао сказал: «Поскольку это одношаговый процесс, данная работа обещает прийти на смену существующим методам очистки воды, значительно снизив связанные с этим эксплуатационные расходы. Это также открывает путь к созданию «умных» материалов, способных изменять свою конфигурацию и функции в ответ на условия окружающей среды».

Источник