Учени разработиха магнитни наночастици от железен оксид, които биха могли да осигурят нов начин за отстраняване на PFAS, наричани още „вечни химикали“, и на микропластмаси, съдържащи флуор, от замърсена вода.
Йоханес Фос и Линда Рокман, членове на изследователския екип на професор Халик във Фридрих-Александър университет Ерланген-Нюрнберг (FAU), са разработили наночастици от железен оксид със специално модифицирани повърхности, предназначени да се свързват с различни PFAS съединения. Подходът би могъл да позволи замърсителите да бъдат улавяни и след това отстранявани от водата с помощта на магнит.
Вместо да се насочват към отделни PFAS съединения, изследователите са искали да разработят гъвкава система, която да работи върху широкото и химически разнообразно семейство PFAS. Чрез промяна на повърхността на наночастиците екипът може да настройва взаимодействията им с различни замърсители.
Разширяване на технологията към микропластмасите
Изследването разширява потенциалното приложение на магнитното пречистване на вода отвъд молекулните PFAS. Учените съобщават, че за първи път са демонстрирали, че същият основен принцип може да се използва за отстраняване на микропластмаси, съдържащи флуор.
Тези частици могат да се отделят при износването на функционално облекло по време на пране и могат да се срещат също в някои козметични продукти.
Наночастиците действат, като свързват замърсителите към специално създадените си повърхности. След като замърсителите се прикрепят към частиците, магнит може да отдели натоварените със замърсители наночастици от водата.
Изследователите са тествали различни повърхностни модификации и са установили, че свойствата им се различават според използваната функционализация. Един материал надеждно е отстранявал широк спектър от PFAS от вода, съдържаща сложни смеси от други вещества и организми, включително отпадъчни води от пералня и речна вода.
„Нашата технология запълва пропастта между молекулните замърсители и микроскопичните частици и подчертава потенциала на функционализираните наночастици от железен оксид като универсална и устойчива платформа за пречистване на вода, дори за проби, замърсени със сложна смес от замърсители.“ - заяви д-р Маркус Халик, професор по полимерни материали, FAU.
Изследователите са изследвали широк набор от PFAS, включително неутрални и заредени молекулни съединения, както и перфлуорирани микропластмаси и нанопластмаси, известни като флуорополимери.
Те са тествали наночастиците в няколко вида вода, включително незамърсена вода, речна вода, питейна вода от кладенец, почвен филтрат и отпадъчна вода от перални машини. Замърсителите са могли да бъдат отстранявани както поотделно, така и когато присъстват като смеси.
Някои от наночастиците от железен оксид, разработени от екипа, могат също да бъдат регенерирани и използвани повторно след магнитно разделяне. Изследователите казват, че материалите са мащабируеми и нетоксични, което допълнително увеличава потенциала им за използване в пречистването на вода.
За да изследват ефективността на пречистването на вода на повърхностно функционализираните наночастици, изследователите са проучили широк набор от различни замърсители, известни като „вечни химикали“, или PFAS (пер- и полифлуороалкилни вещества). Те включват както неутрални, така и заредени молекулни замърсители (молекулни PFAS), както и перфлуорирани микро- и нанопластмаси (флуорополимери). Селективното модифициране на повърхността на наночастицата позволява специфични взаимодействия със замърсителите. По време на процеса на пречистване специално създадените наночастици се добавят към водата, замърсена с PFAS. Те свързват замърсителите към повърхността си и след това могат да бъдат отстранени от водата като натоварени със замърсители наночастици с помощта на магнит. Избраните замърсители могат да бъдат ефективно отстранявани от различни водни източници, както поотделно, така и в смеси. Те включват, наред с другото, незамърсена вода, речна вода, питейна вода от кладенец, почвен филтрат и отпадъчна вода от перални машини. Тези наночастици предлагат рециклируемо, устойчиво и мащабируемо приложение в пречистването на вода.
Изпитания в реални условия показват обещаващи резултати
Учените са тествали технологията и извън контролирани лабораторни условия, като са използвали проби от замърсен източник на питейна вода, речна вода, промивна вода от ремедиация на почви и вода, използвана за измиване на текстилни изделия за открито.
При използването на тези проби учените са намалили концентрациите на PFAS от замърсен източник на питейна вода с 87 процента, което означава, че тя е паднала под новия германски лимит от 100 нанограма на литър.
Учените също успешно са отстранили микропластмаси, съдържащи флуор, чрез магнитно разделяне, което демонстрира потенциала на технологията да се справя както с молекулни замърсители, така и с микроскопични частици.
Взети заедно, резултатите предполагат, че функционализираните наночастици от железен оксид в крайна сметка биха могли да осигурят рециклируем и мащабируем подход за третиране на вода, замърсена със сложни смеси от PFAS и пластмаси, съдържащи флуор.
