По данным Всемирной организации здравоохранения, почти 1 миллиард человек не имеет доступа к чистой питьевой воде, и ожидается, что это число будет увеличиваться с изменением климата. Между тем, наши бесконечно растущие потребности в энергии и использование тяжелых металлов в промышленных процессах увеличили наше воздействие токсичных материалов в воде.
Существующие коммерческие методы удаления тяжелых металлов, включая свинец, из муниципальной питьевой воды, как правило, являются дорогостоящими и энергозатратными, но при этом недостаточно эффективными. Менее традиционные подходы могут быть более эффективными, но они одноразовые, их трудно регенерировать или они производят значительное количество токсичных отходов в качестве побочного продукта.
Теперь лаборатория профессора Венди Ли Куин из EPFL вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли нашли решение с использованием металлоорганических каркасов (MOF), которые представляют собой материалы, состоящие из металлических узлов. связаны между собой органическими химическими «распорками». Их беспрецедентная площадь внутренней поверхности и легкая химическая перестраиваемость позволяют MOF «вытягивать» водяной пар и другие газы из воздуха. Эти же свойства делают их перспективными материалами для селективного удаления тяжелых металлов из воды.
Аспирант EPFL-Valais Дэниел Т. Сан разработал водостойкий композит MOF/полимер с использованием дешевых, экологически чистых и биологически чистых материалов. Ученые обработали MOF, известную как Fe-BTC, дофамином, который полимеризовался в полидофамин (PDA), закрепив полимер внутри MOF. Окончательный композит, названный Fe-BTC/PDA, может быстро и выборочно удалить большое количество тяжелых металлов, таких как свинец и ртуть, из реальных проб воды. Фактически, он может удалить более чем в 1,6 раза больше собственного веса ртути и в 0,4 раза больше собственного веса свинца.
Затем Fe-BTC/PDA был испытан в растворах, столь же токсичных, как некоторые из худших проб воды, найденных во Флинте, штат Мичиган. Тесты показали, что MOF может за считанные секунды снизить концентрацию свинца до 2 частей на миллиард, уровень, который Агентство по охране окружающей среды США и Всемирная организация здравоохранения считают приемлемым для питья.
Ученые также удалили свинец из различных реальных проб воды, взятых из реки Роны, Средиземного моря и водоочистных сооружений в Швейцарии. Они также показали, как легко регенерировать материал.
Существует несколько источников воздействия токсичных тяжелых металлов. Например, свинец используется в красках, керамической глазури, ювелирных изделиях, игрушках и трубках. Учитывая это, подход с новым MOF показывает многообещающие решения текущих ограничений систем очистки воды. Авторы исследования в настоящее время тестируют другие новые специально разработанные MOF для удаления других типов следов загрязнителей в воде и воздухе.