iw.llcitycouncil.org
אנרגיה וסביבה

גבישים בוהקים אלה מציעים טיהור מים חדש

גבישים בוהקים אלה מציעים טיהור מים חדש



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.


כאשר נמצאו רמות גבוהות של מתכות כבדות במי שתייה בפלינט, מישיגן, וניוארק, ניו ג'רזי, צוות מדע התייצב עם כלי רב עוצמה חדש, גבישים זוהרים, לניקוי מקורות מים מזוהמים. הגבישים הבוהקים ידועים כמסגרות מתכות אורגניות זוהרות (LMOFs) המתפקדות כמו חיישנים מיניאטוריים, ורב פעילים, הלוכדים את המתכות הכבדות.

השילוב הפשוט בין שני חלקים מימן וחלק אחד לחמצן יוצר את תרכובת היסוד של החיים על כדור הארץ. כששני שליש משטח כדור הארץ מכוסה במים ו- 75 אחוזים בגוף האדם, מים מסתובבים בשטח המעבירים, מתמוססים, מספקים חומר אורגני תוך שהם נושאים חומרי פסולת. מבישול ועד פעילויות פנאי כמו שחייה, הכל דורש מים.

[מבנה LMOF-261. מקור תמונה: מעבדות ברקלי]

בניגוד לתקופות קודמות, החברה המפותחת שלנו נתנה עין שחורה לאיכות המים. התגלמויות תעלות המים הטבעיות כמו נהרות, ים ואוקיאנוסים נוצלו וזוהמו. מיליונים נאבקים במציאת אספקה ​​מספקת של מי שתייה בטוחים. מחלות הנישאות במים הן עדיין אחד הגורמים המובילים למוות ברחבי העולם.

אזורים מתועשים מאסיביים, ערים מיושנות עם מים, קהילות חקלאיות נוטות יותר לזיהום מי תהום. אם לא מטפלים בו, זה יכול להוביל לזיהום בקרקע. מים מזוהמים עלולים להעביר מחלות כגון שלשולים, כולרה, דיזנטריה, טיפוס הבטן ופוליו. על פי הערכות, מי שתייה מזוהמים גורמים ל 502,000 מקרי מוות משלשול בכל שנה. לפי ארגון הבריאות העולמי, עד שנת 2025, מחצית מאוכלוסיית העולם תגור באזורים עם לחץ מים.

בהובלת חוקרים מאוניברסיטת ראטגרס, השתמשו המדענים בצילומי רנטגן עזים במעבדה הלאומית לורנס ברקלי (מעבדת ברקלי) כדי לבדוק את מבנהם של גבישים זעירים וזוהרים המאתרים ולוכדים רעלים ממתכת כבדה כגון עופרת וכספית. המחקר סייע גם במחקר אודות קשירת גבישים למתכות כבדות.

"הטכנולוגיה הזו יכולה להיות פיתרון לחיסכון בכסף. אחרים פיתחו MOF לאיתור מתכות כבדות או להסרתן, אך איש לפני כן לא חקר באמת אחד שעושה את שניהם ", אומר ג'ינג לי, פרופסור לכימיה באוניברסיטת ראטגרס שהוביל את המחקר.

התהליך:

על ידי שילוב של מרכיב כימי פלואורסצנטי ליגנד, ה- LMOF יאיר. עם זאת, במהלך האינטראקציה עם מתכות כבדות, זוהר ה- LMOF נכבה. "כאשר המתכת נקשרת לליגנד הפלואורסצנטי, המסגרת המתקבלת פלואורסצנטית", אמר סיימון טיט, מדען צוות מעבדת ברקלי.

הקריסטלים נמדדו כל אחד כ- 100 מיקרון. Teat בחן גבישי LMOF בודדים עם צילומי רנטגן במקור האור המתקדם של המעבדה (ALS). ה- ALS הוא אחד ממקורות האור הרנטגן הסינכרוטרון הבודדים בעולם שהקדישו תחנות ניסוי לגבישים כימיים. תחת אור הרנטגן, ה- LMOF מייצרים דפוסי עקיפה. באמצעות דפוסים אלה, Teat השתמש בכלי תוכנה כדי למפות את מבנה התלת מימד שלהם ברזולוציה אטומית.

סדרה איזורטית של LMOFs מסונתזות על ידי שילוב פלואורופור מולקולרי פוליטי וחומרים קולינקרים מגוונים מבחינה פונקציונלית במבנים מבוססי Zn. הרשתות הנקבוביות התלת מימדיות של LMOF-261, -262 ו- -263 מייצגות סוג חדש של רשתות.

טאט הבחין ברשת כמו מבנה תלת ממדי מעוצב המכיל אטומי פחמן, מימן, חמצן, חנקן ואבץ שמסגרו ערוצים גדולים ופתוחים. מבנים אלה בקנה מידה אטומי מאפשרים למתכות הכבדות להיכנס לערוצים הפתוחים הללו ואז להיקשר למבני MOF, מבחינה כימית. בנוסף, הפרטים המבניים יכולים לסייע גם בתכנון מבנים מיוחדים יותר. בשל שטח הפנים הרב של MOF, ניתן לספוג הרבה מזהמים.

[סיימון תיאט, יחד עם קו הקורה של Advanced Source Source (ALS). מקור תמונה: מעבדות ברקלי]

"צילומי רנטגן אינטנסיביים המיוצרים בסינכרוטרונים הם הדרך הטובה ביותר למפות את מבנה התלת מימד של ה- MOF. הכרת מבני הקריסטל היא אחד ההיבטים החשובים ביותר במחקר שלנו. אתה זקוק לאלו כדי לבצע אפיונים הבאים ולהבין את המאפיינים של חומרים אלה, "אמר ג'ינג לי.

תוצאות מבחן:

על פי התוצאות האחרונות שפורסמו ב- Applied Materials and Interfaces, תערובת של מתכות כבדות וקלות נבדקה עם סוג LMOF; תוך חצי שעה, זה יכול לקחת באופן סלקטיבי יותר מ 99 אחוז מכספית מהתערובת. הצוות דיווח כי בתהליך זה של איתור ולכידת מתכות כבדות רעילות, אף MOF אחרים לא ביצעו ביצועים טובים יותר.

בנוסף, החוקרים מצאו כי ה- LMOF נקשר חזק לכספית ולעופרת, אך נקשר בצורה חלשה למתכות קלות יותר כמו מגנזיום וסידן. עם זאת, למתכות קלות אלה אין אותן סכנות. "התכונה הסלקטיבית הזו, המבוססת על האיפור המולקולרי של ה- LMOFs, חשובה. עלינו שיהיה MOF שהוא סלקטיבי וייקח רק את המינים המזיקים. אלה תוצאות מבטיחות, אבל יש לנו דרך ארוכה לעבור ", אמר לי.

בנוסף, החוקרים גילו שלפני שדרוג ביצועי LMOF הם יכולים לאסוף, לנקות ולאחר מכן לעשות שימוש חוזר ב- LMOF לשלושה מחזורים של טיהור רעיל.

העתיד:

לי הצהיר כי מחקר ופיתוח נוסף יכולים לחקור LMOF בעלות נמוכה יותר ועמידים יותר אשר עשויים להימשך יותר מחזורים, וחוקרים יכולים גם להמשיך בפיתוח מסנני מים עם סרט מוצק על ידי מיזוג ה- LMOF עם פולימרים. "ניתן להשתמש במסננים אלה לצילום בקנה מידה גדול יותר. אנו רוצים להמשיך במחקר זה, "אמרה.

במימון המספיק צוות המדע רוצה לבדוק את הביצועים על מקורות מים מזוהמים בפועל. בנוסף, ה- ALS של מעבדת ברקלי שימש את הצוות לקביעת מבני הקריסטל של MOF למגוון רחב של יישומים אחרים, כגון גילוי חומרי נפץ גבוהים, זיהוי רעלים למזון ונורות LED חדשות של רכיבים פולטי אור (המכונים זרחנים). ) המשלבים חומרים זולים ושופעים יותר.

חוקרים מאוניברסיטת טקסס בדאלאס ואוניברסיטת ריידר השתתפו גם הם במחקר זה. העבודה נתמכה על ידי משרד המדע של DOE.

ראה גם: מים קופאים במקום להרתיח בצינורות פחמן

מעבדת ברקלי

תמונה מוצגת באדיבות אוניברסיטת ראטגרס

נכתב על ידי אלכיה סאי פונמרג'ו


צפו בסרטון: איך להחליף לבד מסננים למערכת סינון תת כיורית