مهندسان شیمی مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) با استفاده از مواد زویتریونی، یک سیستم هیدروژلی را برای تصفیه آب کارآمد تنها در یک مرحله و با حداقل تأثیر بر محیط زیست توسعه داده‌اند.
به گزارش ایسنا، ریزآلاینده ها ذرات کوچکی مانند آفت کش ها، فلزات سنگین و مواد شیمیایی مصنوعی هستند که می توانند به سلامت انسان و محیط زیست آسیب بزنند. همچنین جدا کردن آنها از آب دشوار است زیرا متنوع، پایدار و اغلب در غلظت های پایین یافت می شوند.
ریزآلاینده‌ها در سال‌های اخیر به یک نگرانی فزاینده تبدیل شده‌اند، زیرا با مشکلات مختلف بهداشتی و مسائل زیست‌محیطی مرتبط شده‌اند. به عنوان مثال، PFAS به عنوان “مواد شیمیایی دائمی” شناخته می شود زیرا آنها به راحتی در محیط تجزیه نمی شوند و می توانند باعث سرطان، اختلالات هورمونی و اختلالات سیستم ایمنی شوند.
تری کلرواتیلن یکی دیگر از مواد شیمیایی سرطان زا است که در برخی از محصولات مصرفی یافت می شود. سرب همچنین یک فلز سمی است که بر مغز، سیستم عصبی و فشار خون تأثیر می گذارد.
برای حفاظت از ایمنی منابع آبی ما، مقررات مختلفی برای محدود کردن حضور ریزآلاینده ها در آب پیشنهاد یا اجرا شده است. با این حال، این مقررات همچنین فرآیندهای تصفیه آب موجود را که باید برای مدیریت چنین طیف وسیعی از آلاینده ها طراحی شوند، به چالش می کشد.
راه حل فعلی: کربن فعال
میکروآلاینده های موجود در آب را می توان با استفاده از کربن فعال، ماده متخلخلی که می تواند این آلاینده ها را روی سطح خود جذب کند، تصفیه کرد. با این حال، استفاده از کربن فعال دارای معایبی است.
به عنوان مثال، تولید کربن فعال به دماهای بالا و امکانات گسترده ای نیاز دارد که انرژی زیادی مصرف می کند و گازهای گلخانه ای منتشر می کند. علاوه بر این، کربن فعال ظرفیت و گزینش پذیری محدودی دارد، به این معنی که نمی تواند همه ریزآلاینده ها را حذف کند و همچنین ممکن است مواد مفید را حذف کند.
علاوه بر این، استفاده از کربن فعال به زمان تماس طولانی‌تری با آب نیاز دارد، به این معنی که برای کار کردن به فضای و تجهیزات بیشتری نیاز دارد و آن را غیرمقیاس‌پذیر می‌کند. در نهایت، کربن فعال با میکرو آلاینده ها آلوده می شود و باید به عنوان زباله خطرناکی که می تواند به محیط بازگردد و آن را بی ثبات کند، دفع شود.
راه حل جدید: هیدروژل های زویتریونیک
پروفسور پاتریک دویل و دپارتمان مهندسی شیمی MIT راه حل جدیدی برای حذف ریزآلاینده ها از آب با استفاده از مواد زویتریونی ایجاد کرده اند.
مواد زویتریونی مولکولهایی با بار مثبت و منفی هستند درست مانند آهنرباها که دارای قطب شمال و جنوب هستند.
محققان هیدروژل‌های زویتریونیک، مواد نرم و اسفنج مانندی ساخته‌اند که می‌توانند مقادیر زیادی آب را جذب کنند. این نام از کلمه آلمانی zwitter گرفته شده است که به معنای ترکیبی یا ترکیبی است.
مواد زویتریونی اساس هیدروژل ها را تشکیل می دهند و شبکه ای از منافذ ایجاد می کنند که می تواند میکروآلاینده ها را جذب کند. استفاده از هیدروژل ها آسان است و می توان از آن برای انواع منابع آب مانند آب لوله کشی، فاضلاب و آب دریا استفاده کرد.
در مقایسه با کربن فعال، هیدروژل‌های زویتریونی دارای چندین مزیت هستند. این هیدروژل ها از نظر انرژی کارآمد هستند زیرا برای تولید آنها به دماهای بالا یا امکانات زیاد نیاز ندارند که در نتیجه مصرف انرژی کمتر و انتشار گازهای آلاینده کمتری دارد.
علاوه بر این، هیدروژل‌های زویتریونیک به دلیل ظرفیت و گزینش پذیری بالا در حذف ریزآلاینده‌ها از آب بسیار مؤثر هستند. همچنین این هیدروژل ها به زمان تماس کوتاهی با آب نیاز دارند که باعث مقیاس پذیری آن ها شده و به فضای و تجهیزات کمتری برای کار نیاز دارند.
در نهایت، هیدروژل‌های زوئیتریونیک پایدار هستند زیرا می‌توان آنها را بازسازی کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد، در نتیجه تولید زباله‌های خطرناک را کاهش داد و از انتشار ریزآلاینده‌ها در محیط زیست جلوگیری کرد.
محققان یافته‌های خود را در مجله Nature Water منتشر کرده‌اند که نشان‌دهنده اثربخشی هیدروژل‌های zwitterionic در حذف ریزآلاینده‌های مختلف از آب است.
اکنون محققان در حال کار بر روی تجاری سازی این فناوری هستند.
تاثیر بالقوه
هیدروژل‌های زوئیتریونی با ارائه روشی ساده و موثر برای حذف آنها، راه‌حل امیدوارکننده‌ای برای مشکل ریزآلاینده‌ها در آب ارائه می‌دهند. این فناوری می تواند تأثیر مثبتی بر سلامت و رفاه میلیون ها نفر و همچنین پایداری و انعطاف پذیری سیستم های آب و غذا داشته باشد.
محققان امیدوارند که فناوری آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد و در محیط های مختلف مانند خانه ها، مدارس، بیمارستان ها، کارخانه ها و مزارع استفاده شود. آنها همچنین امیدوارند که فناوری آنها الهام بخش نوآوری و همکاری بیشتر در تصفیه آب باشد و در نهایت به جهانی پاک تر و ایمن تر کمک کند.