Тяжелые металлы могут поступать в питьевую воду от проржавевших водопроводных систем, но новый полимерный сорбент теперь может удалить такие примеси в течение нескольких секунд
Водоносные горизонты, озера и реки, являющиеся источниками питьевой воды, редко содержат примеси металлов. Однако при прохождении воды по инженерным сетям и домашнюю сантехнику коррозия может внести небольшое количество свинца, кадмия и других тяжелых металлов, являющихся токсичными для здоровья человека. Недавно Всемирная организация здравоохранения снизила рекомендованные концентрации свинца в питьевой воде до 10 мкг/л для предотвращения случайного отравления.
Достижение таких низких уровней концентрации свинца обычно требует трудоемких реакций осаждения или дорогих систем обратного осмоса, которые также удаляют необходимые минералы, такие как кальций, из питьевой воды. Командой во главе с Юджен Жанг и Джеки И. Уин из Института биоинженерии и нанотехнологий A*STAR (Agency for Science, Technology and Research, Singapore) в настоящее время разработана технология, значительно улучшающая очистку воды. Они использовали пористый полимер, который селективно связывается со свинцом и другими тяжелыми металлами в проточной воде.
Фильтрация воды через пористые вещества, такие как активированный уголь, является одной из старейших и наиболее эффективных технологий обеззараживания. За последние несколько десятилетий химики разработали новые материалы, называемые пористыми органическими полимерами (ПОП), которые сочетают наноразмер пор и тонкую настройку молекулярных строительных блоков. Эти атрибуты сделали ПОП привлекательной платформой для выделения и хранения газов, таких как водород и диоксид углерода, наряду с использованием в качестве подложки катализатора.
Чжан Уин с коллегами недавно синтезировал ПОП, известный как мезопористый поли-меламин-формальдегид (mPMF) с исключительными возможностями захвата углерода. Материал имеет большую площадь поверхности благодаря своей химической структуре, состоящей из азотсодержащих ароматических колец, которые связываются в более крупные, наноразмерные круги через углеродоводородные-аминные элементы. Поскольку атомы азота, найденные в этих ПОП обладают высокой способностью связывания тяжелых металлов, команда предположила, что mPMF может также выступать в качестве сорбента для очистки воды.
После простой одноступенчатой реакции создания недорогого полимера исследователи поместили его в воду, загрязненную ионами свинца. Примечательно, что больше 99% токсичных металлов было удалено за пять секунд, содержание свинца уменьшилось до 1 мкг/л. Эффективность очистки была сравнительно высокой в стационарных и более сложных условиях проточности. Более того, команда смогла восстановить ионы свинца и повторно использовать сорбент посредством простой обработки разбавленной кислотой.
Углубленные эксперименты показали, что сверхбыстрая адсорбция mPMF обусловлена открытой пористой структурой, которая предоставляет полный доступ к атомам азота на связывающих участках. Эти участки также удаляют такие тяжелые металлы как кадмий и палладий, но имеет плохую связываемость с катионами кальция и калия. Такая селективность позволяет уже сейчас внедрять технологию в коммерческих приложениях.
Источник: http://phys.org/news/2014-01-seconds-low-cost-porous-polymer-toxic.html
