Τα νανογάγα συλλαμβάνουν διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα και τοξικά ιόντα από το νερό

Το νανογάρ παγιδεύει το ανθρακικό ιόν (στο κέντρο) για να το αφαιρέσει από το νερό. Πίστωση: Gellert Mezei

Το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα μπορεί να διαλυθεί σε ωκεανούς, λίμνες και λίμνες, σχηματίζοντας διττανθρακικά ιόντα και άλλες ενώσεις που αλλάζουν τη χημεία του νερού, με δυνητικά επιβλαβείς επιπτώσεις στους υδρόβιους οργανισμούς. Επιπλέον, το διττανθρακικό μπορεί να ξαναμπεί στην ατμόσφαιρα ως διοξείδιο του άνθρακα αργότερα, συμβάλλοντας στην κλιματική αλλαγή. Τώρα, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μικροσκοπικά «νανογάρα», πολύ μικρότερα από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, που διασπούν τα όξινα ανθρακικά σε ανθρακικά και τα συλλαμβάνουν, μαζί με μερικά τοξικά ανιόντα, έτσι ώστε τα ιόντα να αφαιρούνται και να ανακυκλώνονται.


Οι ερευνητές θα παρουσιάσουν τα ευρήματά τους σήμερα στην φθινοπωρινή συνάντηση της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας (ACS).

“Αρχικά αναπτύξαμε νανογαρκέτες για να εξάγουμε αρνητικά φορτισμένα ιόντα, όπως χρωμικά και αρσενικά, από το νερό”, λέει ο Gilert-Meese, PhD, ο οποίος παρουσιάζει το έργο στη συνάντηση. “Αλλά αποδεικνύεται ότι συνδέεται έντονα και με ανθρακικά άλατα”. Λέει ότι το ανθρακικό ή άλλα ιόντα που συλλαμβάνονται στο νανογάρ μπορεί να απορριφθούν αργότερα ή να ανακυκλωθούν σε χρήσιμα προϊόντα.

Τα νανογάγα είναι μικρά δοχεία που αποτελούνται από πολλές επαναλαμβανόμενες μονάδες ενός ιόντος χαλκού, μιας ομάδας πυραζόλης και ενός υδροξειδίου. Τα βάζα σχηματίζονται μόνο όταν υπάρχει ένα ιόν με φορτίο -2, όπως χρωμικά, αρσενικό, φωσφορικά ή ανθρακικά. Όταν προστίθενται τα κατάλληλα στοιχεία στο αρχείο οργανικό διαλύτη, επαναλαμβανόμενες μονάδες σχηματίζονται και συναρμολογούνται σε νανοζάρ, με το φορτισμένο ανιόν-2 σφιχτά δεμένο στο κέντρο.

Για να απομακρυνθούν τα ανιόντα από το νερό, οι ερευνητές πρόσθεσαν τον διαλύτη που περιείχε τα συστατικά του νανογάρου, τα οποία σχηματίστηκαν οργανικό στρώμα πάνω από το νερό. “Ο διαλύτης δεν αναμειγνύεται με νερό, αλλά τα ανιόντα από το νερό μπορούν να εισέλθουν σε αυτό το οργανικό στρώμα”, εξηγεί ο Mezei, ο οποίος είναι στο Πανεπιστήμιο του Δυτικού Μίσιγκαν. “Στη συνέχεια, τα νανογάγα σχηματίζονται και τυλίγονται γύρω από τα ιόντα, παγιδεύοντάς τα στην οργανική φάση.” Δεδομένου ότι το νερό και τα οργανικά στρώματα δεν αναμειγνύονται, μπορούν εύκολα να διαχωριστούν. Η επεξεργασία της οργανικής στοιβάδας με ασθενές οξύ οδηγεί στη διάσπαση των νανογάρων, απελευθερώνοντας τα ανιόντα για διάθεση ή ανακύκλωση.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νανογάρα για να απομακρύνουν τοξικά ανιόντα από το νερό. “Έχουμε δείξει ότι μπορούμε να εξάγουμε τα χρωμικά και τα αρσενικά σε επίπεδα που είναι χαμηλότερα από τα επιτρεπτά επίπεδα της EPA για πόσιμο νερό – επίπεδα που είναι πραγματικά χαμηλά”, λέει ο Mezei. Τα νανογάγα έχουν μεγαλύτερη συγγένεια με τα ανθρακικά και η προσθήκη ενός μορίου που ονομάζεται 1,10-φαινανθρολίνη στο μείγμα παράγει νανογάγα που συνδέουν δύο ανθρακικά ιόντα σε καθένα αντί για ένα.

Η ομάδα έχει επίσης κατασκευάσει νανογάλα που είναι επιλεκτικά για ορισμένα ανιόντα. “Το αρχικό τούβλο πυραζόλης φτιάχνει νανογάγα που είναι αρκετά επιλεκτικά για ιόντα με 2 φορτία, αλλά δεν μπορούν να διακρίνουν μεταξύ αυτών των ιόντων”, λέει ο Mezei. Χρησιμοποιώντας δύο πυραζόλια που δεσμεύονται από έναν συνδετήρα αιθυλενίου ως δομικό στοιχείο, οι ερευνητές δημιούργησαν νανοκαρτέλες που συνδέονται κατά προτίμηση με ανθρακικά άλατα. Πρόσφατα, έδειξαν ότι η χρήση δύο πυραζολίων με συνδετήρα προπυλενίου παράγει νανογάγα επιλεκτικά με θειικό άλας. αυτά τα ανιόνΟι επιλεκτικοί νανογαράτες θα είναι σημαντικοί για εφαρμογές στις οποίες πρέπει να αφαιρεθούν μόνο 2 φορτισμένα ιόντα.

Οι ερευνητές εργάζονται επίσης για να καταστήσουν τη διαδικασία πιο κατάλληλη για εφαρμογές σε πραγματικό κόσμο. Για παράδειγμα, αντικατέστησαν την ασθενή βάση, την τριοκτυλαμίνη, με την ισχυρή βάση, Υδροξείδιο SODUIM, που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για την κατασκευή νανογάρου. “Η τριοκτυλαμίνη, σε αντίθεση με το υδροξείδιο του νατρίου, είναι διαλυτή στην οργανική φάση και καθιστά τον σχηματισμό νανογαρίων πιο αποδοτικό”, λέει ο Mizzi. Είναι ενδιαφέρον ότι η τριοκτυλαμίνη προκαλεί το σχηματισμό νανογαρνέτων με ελαφρώς διαφορετικές δομές, τους οποίους αναφέρει ως “καλυμμένους” νανογαράκους, αλλά οι οποίοι φαίνεται να συνδέουν τους άνθρακες εξίσου σφιχτά.

Μέχρι σήμερα, όλα τα πειράματα έχουν πραγματοποιηθεί σε εργαστηριακή κλίμακα. Ο Mezei λέει ότι η ανάπτυξη ενός συστήματος για την επεξεργασία μεγάλων όγκων νερού, όπως σε μια λίμνη, θα απαιτήσει συνεργασία με μηχανικούς. Ωστόσο, οραματίζεται ότι το μολυσμένο νερό της λίμνης θα μπορούσε να αντληθεί σε μονάδα επεξεργασίας και στη συνέχεια να επιστρέψει στη λίμνη. Ορισμένα ιόντα, όπως τα φωσφορικά, μπορούν να ανακυκλωθούν για χρήσιμους σκοπούς, όπως λιπάσματα. Τα ανθρακικά μπορούν να ανακυκλωθούν για να γίνουν «πράσινοι» διαλύτες, όπως ονομάζονται ανθρακικό άλας Εστέρες, για την εξαγωγή του ίδιου νανογάρου. «Αν αυτή η λειτουργία θα καταργηθεί χορταίνω από Νερό Ο Mezei λέει – και, έμμεσα, η ατμόσφαιρα – θα ήταν ανταγωνιστής άλλων τεχνολογιών, τις οποίες δεν γνωρίζω ακόμη. Υπάρχουν πολλές πτυχές που πρέπει να λάβετε υπόψη, και αυτό είναι μια δύσκολη επιχείρηση. ”


Ρίχνει φως στον παράξενο κόσμο των ανιόντων φωσφορικού διυδρογόνου


περισσότερες πληροφορίες:
ατμοσφαιρική εταιρεία2 Απομονώστε συνδέοντας ένα ή δύο διοξείδιο του άνθρακα32− Ions in nanogars, ACS Φθινόπωρο 2021.

το απόσπασμα: «Συλλογή« νανογιάρ »διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα και τοξικών ιόντων από το νερό (2021, 25 Αυγούστου) Ανακτήθηκε στις 25 Αυγούστου 2021 από https://phys.org/news/2021-08-nanojars-capture-dissolved-carbon- dioxide.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη αντιμετώπιση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Εκατοντάδες πέτρινα εργαλεία που χρησιμοποίησε ο Homo erectus πριν από ένα εκατομμύριο χρόνια ανακαλύφθηκαν σε ένα εγκαταλελειμμένο ορυχείο στην έρημο

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *