lv.llcitycouncil.org
Enerģētika un vide

Šie mirdzošie kristāli piedāvā jaunu ūdens attīrīšanu

Šie mirdzošie kristāli piedāvā jaunu ūdens attīrīšanu


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.


Kad Flintā, Mič. Un Ņuarkā, Ņujorkā dzeramajā ūdenī tika konstatēts augsts smago metālu līmenis, zinātnes komanda piesārņotu ūdens avotu attīrīšanā nāca klajā ar jaunu spēcīgu instrumentu - kvēlojošiem kristāliem. Mirdzošie kristāli ir pazīstami kā luminiscējoši metāla organiskie ietvari (LMOF), kas darbojas kā miniatūri un atkārtoti lietojami sensori, kas aiztur smagos metālus.

Vienkārša divu daļu ūdeņraža un vienas skābekļa daļas kombinācija veido dzīvības pamatu savienojumu uz Zemes. Divas trešdaļas zemes virsmas pārklājot ar ūdeni un 75 procentus cilvēka ķermenī, ūdens cirkulē pa zemi, transportējot, izšķīdinot, nodrošinot organisko vielu, vienlaikus aizvedot atkritumus. No ēdiena gatavošanas līdz atpūtas aktivitātēm, piemēram, peldēšanai, viss prasa ūdeni.

[LMOF-261 struktūra. Attēlu avots: Berkeley Labs]

Pretēji iepriekšējiem laikmetiem mūsu attīstītā sabiedrība ir pievērsusi melnu aci ūdens kvalitātei. Dabisko ūdens kanālu, piemēram, upju, jūru un okeānu, iemiesojumi ir izmantoti un piesārņoti. Miljoniem cilvēku ir grūti atrast pietiekamu daudzumu dzeramā ūdens. Ūdens izraisītās slimības joprojām ir viens no galvenajiem nāves cēloņiem visā pasaulē.

Lielas rūpnieciski attīstītas teritorijas, novecojušas ūdens regulētas pilsētas, lauksaimniecības kopienas ir vairāk pakļautas gruntsūdeņu piesārņošanai. Ja tas netiek risināts, tas var izraisīt augsnes piesārņojumu. Piesārņots ūdens var pārnest tādas slimības kā caureja, holēra, dizentērija, vēdertīfs un poliomielīts. Tiek lēsts, ka piesārņots dzeramais ūdens katru gadu izraisa 502 000 caurejas nāves gadījumu. Saskaņā ar PVO datiem līdz 2025. gadam puse pasaules iedzīvotāju dzīvos apgabalos, kuros ir ūdens.

Rutgersas universitātes pētnieku vadībā zinātnieki izmantoja intensīvus rentgenstarus Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), lai pārbaudītu sīku, kvēlojošu kristālu struktūru, kas atklāj un uztver smago metālu toksīnus, piemēram, svinu un dzīvsudrabu. Pētījums arī palīdzēja pētīt kristālu saistīšanos ar smagajiem metāliem.

“Šī tehnoloģija varētu būt naudas taupīšanas risinājums. Citi bija izstrādājuši MOF vai nu smago metālu noteikšanai, vai to atdalīšanai, taču neviens iepriekš nebija īsti izpētījis tādu, kas to darītu abus, ”stāsta pētījuma vadītājs Rutgersas universitātes ķīmijas profesors Jing Li.

Process:

Integrējot fluorescējošu ķīmisko komponentu Ligand, LMOF spīdēs. Tomēr mijiedarbībā ar smagajiem metāliem LMOF mirdzums izslēdzas. "Kad metāls saistās ar fluorescējošu ligandu, iegūtais ietvars fluorescē," sacīja Berkeley Lab personāla zinātnieks Saimons Teits.

Katra kristāla izmērs bija aptuveni 100 mikroni. Teits pētīja atsevišķus LMOF kristālus ar rentgena stariem laboratorijas uzlabotā gaismas avotā (ALS). ALS ir viens no nedaudzajiem sinhrotronu rentgena gaismas avotiem pasaulē, kas veltījis ķīmiskās kristalogrāfijas eksperimentālās stacijas. Rentgenstaru gaismā LMOF rada difrakcijas modeļus. Izmantojot šos modeļus, Teat izmantoja programmatūras rīkus, lai attēlotu to trīsdimensiju struktūru ar atomu izšķirtspēju.

Izotētiskas LMOF sērijas tiek sintezētas, Zn balstītās struktūrās iekļaujot spēcīgi izstarojošu molekulāro fluoroforu un funkcionāli dažādus kolinkerus. LMOF-261, -262 un -263 trīsdimensiju porainie tīkli ir jauna veida tīkli.

Teat pamanīja režģveida 3D rakstu, kas satur oglekļa, ūdeņraža, skābekļa, slāpekļa un cinka atomus, kas ierāmēja lielus un atvērtus kanālus. Šīs atoma mēroga struktūras ļauj smagajiem metāliem iekļūt šajos atvērtajos kanālos un pēc tam ķīmiski saistīties ar MOF. Turklāt strukturālās detaļas var palīdzēt arī projektēt vairāk specializētas struktūras. Sakarā ar lielu MOF virsmas laukumu var adsorbēt daudz piesārņotāju.

[Saimons Teits kopā ar Advanced Light Source’s (ALS) Beamline. Attēlu avots: Berkeley Labs]

“Intensīvie rentgenstari, kas tiek radīti sinhronos, ir labākais veids, kā kartēt MOF trīsdimensiju struktūru. Kristāla struktūru pārzināšana ir viens no vissvarīgākajiem mūsu pētījumu aspektiem. Jums tie ir nepieciešami, lai veiktu turpmākus raksturojumus un saprastu šo materiālu īpašības, ”sacīja Jings Li.

Testa rezultāti:

Saskaņā ar jaunākajiem rezultātiem, kas publicēti lietišķajos materiālos un saskarnēs, smago un vieglo metālu maisījums tika pārbaudīts ar LMOF veidu; pusstundas laikā tas selektīvi varētu no maisījuma uzņemt vairāk nekā 99 procentus dzīvsudraba. Komanda ziņoja, ka šajā toksisko smago metālu noteikšanas un uztveršanas procesā neviens cits MOF nav darbojies labāk.

Turklāt pētnieki atklāja, ka LMOF stipri saistās ar dzīvsudrabu un svinu, bet vāji saistās ar vieglākiem metāliem, piemēram, magniju un kalciju. Tomēr šiem vieglākiem metāliem nav tādas pašas briesmas. "Šī selektīvā iezīme, kuras pamatā ir LMOF molekulārā struktūra, ir svarīga. Mums jābūt MOF, kas ir selektīvs un ņems tikai kaitīgās sugas. Tie ir daudzsološi rezultāti, taču mums vēl tāls ceļš ejams, ”sacīja Li.

Turklāt pētnieki atklāja, ka pirms LMOF veiktspējas pazemināšanas viņi varēja savākt, notīrīt un pēc tam atkārtoti izmantot LMOF trīs toksiskās attīrīšanas ciklos.

Nākotne:

Li paziņoja, ka turpmāka pētniecība un izstrāde varētu izpētīt zemākas izmaksas un izturīgākas LMOF, kas varētu ilgt vairāk ciklu, un pētnieki varētu arī turpināt attīstīt ūdens filtrus ar cietu plēvi, sajaucot LMOF ar polimēriem. “Šos filtrus varēja izmantot, lai uzņemtu plašākā mērogā. Mēs vēlētos turpināt šo pētījumu, ”viņa teica.

Iegūstot pietiekamu finansējumu, zinātnes komanda vēlas pārbaudīt veiktspēju uz faktiski piesārņotiem ūdens avotiem. Turklāt komanda izmantoja Berkeley Lab ALS, lai noteiktu MOF kristālu struktūras daudzām citām lietojumprogrammām, piemēram, sprāgstvielu detektēšanai, pārtikas toksīnu noteikšanai un LED jauna veida gaismu izstarojošajiem komponentiem (pazīstamiem kā fosforiem). ), kas satur lētākus un daudz materiālus.

Šajā pētījumā piedalījās arī pētnieki no Teksasas universitātes Dalasā un Ridera universitātē. Darbu atbalstīja DOE Zinātņu birojs.

SKAT ARĪ: Ūdens sasalst, nevis vārās oglekļa nanocaurulītēs

Via Berkeley Lab

Piedāvātais attēls pateicoties Rutgers University

Raksta Alekhya Sai Punnamaraju


Skatīties video: Svečturis no sāls kristāla Candlestick of the salt crystal