Новый класс недорогих и устойчивых гибридных материалов, возможно, может вытеснить активированный уголь в качестве предпочтительного выбора для уменьшения загрязнения сточных вод и воздуха. Материал, описанный в Frontiers in Chemistry, недорого синтезируется из твердых отходов и природного полимера, и может сокращать количество загрязняющих веществ в воздухе и сточных водах с большим успехом, чем активированный уголь, нынешний золотой стандарт адсорбента.
«В этой статье показан простой синтез нового пористого гибридного материала, полученного с использованием недорогих и побочных материалов», - говорит ведущий автор, доктор Эльза Бонтемпи из Университета Брешии, Италия. «Материал был разработан на основе запроса Европейской комиссии на разработку доступного, экологичного и инновационного материала, ориентированного на дизайн, который может снизить концентрацию твердых частиц в городских районах».
Твердые частицы - твердые частицы и жидкие капли, содержащиеся в воздухе и выбрасываемые электростанциями, промышленностью, автомобилями и пожарами, - повсеместно распространены в городах и даже в сельской местности. Более того, ежегодно в мировые воды сбрасываются миллионы тонн промышленных стоков. И твердые частицы, и органические красители очень токсичны для экосистем и человечества.
Активированный уголь является наиболее распространенным адсорбентом, используемым для уменьшения загрязнения атмосферы и сточных вод, но его производство и регенерация являются дорогостоящими. Задача заключалась в том, чтобы найти экономичную альтернативу.
В новом исследовании исследователи объединили природное сырье, альгинат натрия (полисахарид, который может быть извлечен из морских водорослей) с большим объемом промышленного побочного продукта, микрокремнезема (побочный продукт обработка ферросилиция или металлического сплава кремния) для производства «зеленого» адсорбента, который лучше, чем активированный уголь.
«В статье сообщаются предварительные результаты о способности нового материала улавливать твердые частицы», - говорит доктор Бонтемпи. «Его также можно использовать для очистки сточных вод. В частности, продемонстрирована его способность заменять активированный уголь».
Метод синтеза прост и легко масштабируется. Воспользовавшись гелеобразующими свойствами альгината, исследователи объединили его с разложением пищевого бикарбоната натрия (пищевой соды) для консолидации материала. Тестирование загрязнения сточных вод проводили с использованием красителя метиленового синего в качестве модельного загрязнителя. Гибридный материал адсорбирует и удаляет краситель даже при высоких концентрациях с эффективностью 94%.
Анализ показал, что, по сравнению с активированным углем, производство гибридного материала потребляет меньше энергии («воплощенная энергия»), оставляя гораздо меньший углеродный след. Этот материал также продемонстрировал обнадеживающие возможности улавливания твердых частиц выхлопных газов дизельных двигателей.
Материал можно наносить в виде покрытия, использовать для распыления или нанесения кистью, а также использовать для 3D-печати. Это означает, что его можно использовать для покрытия внешних поверхностей зданий для удаления определенных веществ, а также для проектирования установок фильтрации воды.
Эта универсальность является захватывающим новым дополнением к набору инструментов человечества для уменьшения загрязнения воздуха и воды.