Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Naukowcy z PAN mają pomysł na usuwanie trucizn z wody i powietrza

Recommended Posts

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN pracujący pod kierunkiem prof. Juana Carlosa Colmenaresa zaproponowali zastosowanie stabilnego chemicznie i nisko toksycznego związku – dwutlenku tytanu (TiO2 P-25) – i połączenie go ze związkami węgla w celu skutecznej detoksykacji różnych związków w powietrzu i wodzie.

TiO2 działa jako fotokatalizator, który może degradować szeroką gamę zanieczyszczeń chemicznych, w tym związki organiczne, a nawet drobnoustroje, pod wpływem światła UV pochodzącego ze Słońca. Ponadto jego synteza jest opłacalna ekonomicznie, a sam materiał nie ulega degradacji pod wpływem czynników atmosferycznych czy światła.

Badacze dodatkowo zmodyfikowali nanocząstki TiO2, zwijając je w rulon za pomocą ultradźwięków, otrzymując nanometrowe rolki. Dzięki takiemu zabiegowi materiał lepiej rozkłada szkodliwe substancje chemiczne. Taki materiał staje się także skutecznym sorbentem, który jest w stanie wyłapywać molekuły pomiędzy poszczególnymi warstwami nanorolek. Oprócz modyfikacji powierzchni, dwutlenek tytanu przekształcono chemicznie w tytanian, dzięki czemu zyskał on na właściwościach fotokatalitycznych.

Rozwój nanotechnologii sprawił, że ich zastosowanie nie jest już tylko teorią. Nanomateriały coraz częściej stosowane są w praktyce i powoli wkraczają do zastosowań przemysłowych. W naszej pracy postawiliśmy na wytworzenie kompozytu, który łączy unikalne właściwości cienkiego dwuwymiarowego nanomateriału – zredukowanego tlenku grafitu (rGO) – z wysoką fotoreaktywnością nanorurek tlenku tytanu. Takie połączenie pozwoliło na uzyskanie pożądanych właściwości fizykochemicznych, a także uzyskanie właściwości sorpcyjnych. Nasz kompozyt wykazuje wysoką skuteczność unieszkodliwiania toksycznych związków chemicznych, wliczając w to nawet środki bojowe tj. gaz musztardowy. Wykazaliśmy, że materiał ten jest wysoce skuteczny w usuwaniu zanieczyszczeń środowiskowych, w szczególności w neutralizacji związków organicznych, a także może być wykorzystany jako katalizator do zastosowania w przetwarzaniu biomasy – zauważa pierwszy autor pracy, dr Dimitrios A. Giannakoudakis.

Wytworzony przez badaczy kompozyt na bazie zredukowanego tlenku grafitu oraz tytanianu jest o wiele skuteczniejszy w zakresie światła UV od fotokatalizatora TiO2 oraz dobrze znanych materiałów węglowych tj. rGO. Dzięki modyfikacji kompozyt jest w stanie degradować zanieczyszczenia także w świetle widzialnym. To sprawia, że działa on uniwersalnie w oczyszczaniu powietrza i wody z różnych szkodliwych chemikaliów pod wpływem zwykłego światła słonecznego. W pracy autorzy zaprezentowali nowoczesne podejście do syntezy nanokompozytu przedstawiając nie tylko degradację toksycznych substancji do mniej szkodliwych związków, ale także możliwość wyłapywania produktów degradacji dzięki dużej, aktywnej powierzchni kompozytu. Praca została opublikowana w Chemical Engineering Journal.

Uważamy, że obróbka wstępna ultradźwiękami przed obróbką hydrotermalną ma kluczowe znaczenie dla powstania naszego nanokompozytu, składającego się ze zwiniętych nanorurek z tytanianu połączonych z równomiernie rozproszonym rGO, podczas gdy samo mieszanie magnetyczne daje w efekcie o wiele słabszy fotokatalizator. Wyższość naszego nanokompozytu nad wzorcowym fotokatalizatorem TiO2 P25 wynika z jego szczególnej struktury i jest związana z dużą ilością powierzchniowych grup funkcyjnych, które działają jako centra katalityczne. Kompozyt ma także ogromną porowatość przez co jest to doskonały materiał do oczyszczania środowiska pod wpływem promieniowania słonecznego – mówi profesor Colmenares.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z University of Plymouth i University of Illinois at Urbana-Champaign postanowili przetestować nowe i używane plastikowe przedmioty, w tym dziecięce zabawki, opakowania na kosmetyki i wyposażenie biurowe, pod kątem występowania w nich metali ziem rzadkich. Wyniki badań mogą niepokoić.
      Okazało się, że metale ziem rzadkich trafiły do 24 z 31 testowanych produktów, w tym do jednorazowych opakowań na żywność. Metale te są wykorzystywane do produkcji sprzętu elektronicznego, a do plastiku trafiają przypadkiem w wyniku recyklingu.
      Jako, że metale ziem rzadkich znaleziono też w plastiku znalezionym na plażach, autorzy doszli do wniosku, że zanieczyszczenie tymi metalami trwa od dawna i nie jest związane z jednym źródłem czy niedopatrzeniem.
      Metale ziem rzadkich są stosowane w elektronice ze względu na ich właściwości magnetyczne, fosforoscencyjne czy elektrochemiczne. Jednak nie są celowo dodawane do plastiku, gdyż niczemu tam nie służą. Ich obecność jest najpewniej wynikiem przypadkowego zanieczyszczenia podczas mechanicznego oddzielania i przetwarzania elementów nadających się do recyklingu, mówi główny autor badań, doktor Andrew Turner.
      Nie znamy skutków zdrowotnych chronicznego narażenia na kontakt z niewielkimi ilościami metali ziem rzadkich. Jednak coraz częściej znajdujemy je w coraz większym stężeniu w żywności, wodzie, niektórych lekarstwach. To oznacza, że plastik prawdopodobnie nie jest znaczącym źródłem zagrożenia. Jednak znalezienie tych metali w plastiku wskazuje, że mogą się tam też trafiać inne składniki o znanym negatywnym wpływie na zdrowie, dodaje.
      Doktor Turner specjalizuje się w badaniu toksycznych substancji w produktach codziennego użytku. W 2018 roku wykazał, że niebezpieczne dla zdrowia związki bromu, antymonu i ołowiu trafiają do przedmiotów mających kontakt z żywnością oraz do innych przedmiotów codziennego użytku, gdyż producenci tych przedmiotów wykorzystują plastik z recyklingu elektroniki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chciałbyś uchwycić na żywo przemianę chemiczną we wnętrzu komórki? A może zrewolucjonizować produkcję mikrochipów drukując ścieżki w warstwie grubej na zaledwie 100 mikronów? Takie i wiele innych celów pozwala osiągnąć najnowszy femtosekundowy laser stworzony przez zespół naukowców pod kierunkiem dr. Jurija Stepanenki.
      Źródeł światła laserowego jest dziś bardzo dużo. Każde ma swoje charakterystyki i służy do czegoś innego: np. do obserwacji gwiazd, leczenia, mikroobróbki powierzchni. Naszym celem jest rozwijanie nowych – mówi Jurij Stepanenko, szef zespołu Ultraszybkich Technik Laserowych przy Instytucie Chemii Fizycznej PAN. Zajmujemy się źródłami, które produkują mega-krótkie impulsy światła. Naprawdę bardzo, bardzo krótkie – femtosekundowe (to część sekundy z 15 zerami po przecinku). W tej skali zachodzą np. reakcje chemiczne w komórce. Żeby je zobaczyć, musimy „zrobić zdjęcie” właśnie w takim ultrakrótkim czasie. I dzięki nowemu laserowi to się udaje.
      Naszego źródła możemy też używać do bardzo precyzyjnego usuwania materiałów z różnych powierzchni bez ich zniszczenia – opowiada naukowiec. Moglibyśmy tą metodą np. precyzyjnie oczyścić Monę Lisę nie uszkadzając warstw farby. Zdjęlibyśmy tylko kurz i brud, warstwę grubości jakichś 10 mikronów – precyzuje dr Stepanenko, jeden z autorów pracy opublikowanej niedawno w Journal of Lightwave Technology.
      Ale do takich prac nasz laser jest nawet zbyt precyzyjny – zaznacza dr Bernard Piechal, współautor publikacji. Do tego wystarczają takie nanosekundowe, czyli o tysiąckrotnie dłuższych czasach trwania impulsu . Tamte nie potrafiłyby jednak, powiedzmy, rysować ścieżek o precyzyjnie zaplanowanej głębokości w ultracienkich materiałach, np. usuwając złoto napylone na mikrochipy z precyzyjną regulacją grubości usuwanej warstwy. A nasz laser to potrafi!
      Potrafi też robić otworki w hartowanym szkle albo ultracienkich, krzemowych płytkach. Laser nanosekundowy w takich warunkach stopiłby krzem albo „potłukł” szkło, bo wytwarza za dużo ciepła. Za dużo energii jest skupione lokalnie, na bardzo niewielkiej powierzchni. Nasz działa stanowczo, ale delikatnie – uśmiecha się dr Stepanenko.
      Chcieliśmy, żeby nasze źródło spełniało dwa warunki: było jak najmniej podatne na mechaniczne zakłócenia i było mobilne – wyjaśnia dr Piechal. Nie chcieliśmy tworzyć wielkiej, nieruchomej konstrukcji.
      Z pomocą zespołowi przyszły lasery światłowodowe. Taki laser to w zasadzie światłowód zamknięty w pierścień. Impuls laserowy w nim biega nie będąc narażonym na mechaniczne zakłócenia. Światłowód można dotykać, przenosić go, nawet wstrząsnąć bez narażania stabilności impulsu. Oczywiście, gdyby światło tylko tak biegało w kółko, nie byłoby do niczego przydatne, dlatego część tego impulsu jest w jednym miejscu wyprowadzana poza pętlę w postaci użytecznych błysków – wyjaśnia dr Stepanenko.
      Tu dochodzimy do innego ważnego parametru takiego impulsowego lasera: częstotliwości, z jaką impulsy pojawiają się na wyjściu. W konwencjonalnych konstrukcjach częstotliwość ta zależy od długości światłowodowej pętli, w której biega impuls. Jej praktyczna długość to kilkadziesiąt metrów. Sporo, prawda? A co, gdybyśmy chcieli, aby błyski światła pojawiały się jak najczęściej? Można to zrobić zmniejszając obwód pierścienia, w którym impuls biega. Tyle że takie postępowanie ma swoje granice.
      W naszych laserach najmniejsza pętelka daje impulsy co 60 nanosekund, a to wciąż za wolno jak na nasze marzenia – wyjaśnił badacz. Jak tę częstotliwość zwięszyć? Tu wkracza nowy wynalazek zespołu z IChF PAN: układ, który pozwala tę podstawową częstotliwość powielać, trochę jakby tworzyć częstotliwości harmoniczne na podstawowej częstotliwości struny gitary. Wykorzystujemy tzw. Harmonic Mode Locking – wyjaśnia dr Stepanenko. W naszej konstrukcji innowacyjne jest to, że potrafimy w kontrolowany sposób przełączać tę częstość powtórzeń i wyłuskiwać spośród wielu możliwych harmonicznych tylko jedną, tę która jest nam akurat potrzebna. Można powiedzieć, że jesteśmy jak gitarzysta: na pustej strunie, czyli naszej pętli światłowodu uzyskujemy określoną częstotliwość wynikającą z jej długości. Gdy przyłożymy palec dokładnie w połowie struny, to uzyskujemy tzw. drugą harmoniczną. Wysokość dźwięku rośnie o oktawę, a częstotliwość drgań rośnie dwa razy. Gdy przyłożymy palec w 1/3 długości struny, otrzymamy częstotliwość równo trzy razy wyższą, niż na pustej. W naszym przypadku podwyższamy częstotliwość impulsów kręcąc gałką. Możemy to robić tylko skokowo, za każdym razem uzyskując jakby kolejną harmoniczną, podobnie jak skokowo zmienia się harmoniczne w gitarze, ale zakres jest całkiem spory: możemy nasze świetlne harmoniczne zmieniać od 2 aż do 19 razy powyżej częstości podstawowej, czyli osiągać częstotliwość impulsów aż do nieco ponad 300 MHz.
      Niezwykle ważne jest to, że uzyskiwane częstości są stabilne i można je precyzyjnie wyodrębniać. Jeśli wybierzemy sobie jakąś harmoniczną, to wszystkie pozostałe będą tak wytłumione, że ich „głośność” będzie jakieś 10 mln razy mniejsza niż tej wybranej. Można powiedzieć, że generujemy czysty dźwięk, a eliminujemy wszelkie szumy. Do tego im wyższa częstotliwość, tym lepiej jest zdefiniowana. Jesteśmy pierwsi, którym się to tak dobrze udało – mówi z dumą badacz.
      Nam pozostaje czekać na wdrożenie wynalazku do bardziej przemysłowych zastosowań. Być może dzięki niemu zyskamy jeszcze cieńsze i lżejsze laptopy albo lepiej poznamy, co dzieje się we wnętrzu ludzkiego ciała.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Australijska państwowa agencja badawcza, CSIRO, szacuje, że na dnie oceanów zalega co najmniej 14 milionów ton mikroplastiku. To aż 25-krotnie więcej niż szacowano do tej pory. Jednak naukowcy z CSIRO są pewni swoich danych i mówią o przeprowadzeniu pierwszych globalnych szacunków zanieczyszczenia dna plastikiem.
      Naukowcy wykorzystali robota, który pobrał próbki z dna do głębokości nawet 3000 metrów. "Odkryliśmy, że głębie oceaniczne to miejsce, do którego trafia mikroplastik. Byliśmy zaskoczeni znajdując go w tak odległych miejscach", mówi główna autorka badań, Denise Hardesty. Autorzy badań, które opublikowano w recenzowanym Frontiers in Marine Science, zauważają, że obszary, gdzie po powierzchni pływa więcej plastiku, mają generalnie więcej mikroplastiku na dnie.
      Plastik, który trafia do oceanów, ulega degradacji, rozpada się i zamienia w mikroplastik. Ten zaś tonie i osiada na dnie, mówi Justine Barrett.
      W ramach badań robot zbierał osady w 6 miejscach położonych na głębokości od 1655 do 3062 metrów. Miejsca te znajdowały się w odległości od 288 do 356 kilometrów od wybrzeża Australii. Okazało się, że w 1 grami suchych osadów dennych znajduje się od 0 do 13,6 fragmentów mikroplastiku. Mediana wynosiła 1,26 kawałka mikroplastiku na 1 gram osadów. Na tej podstawie uczeni ostrożnie szacują, że dno oceaniczne pokryte jest 14 milionami ton plastiku.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ilość plastiku nanoszona na plaże na odległych wyspach Południowego Atlantyku jest obecnie 10-krotnie większa niż przed dekadą, czytamy w Current Biology. Naukowcy sprawdzili, ile plastiku znajduje się w morzach otaczających odległe części brytyjskich terytoriów zamorskich. W badaniach uwzględniono również obszary na których istnieją lub są proponowane rezerwaty morskie.
      Po raz pierwszy w historii badania wykazały, że zanieczyszczenie plastikiem plaż na odległych wyspach Południowego Atlantyku jest niemal takie same, jak na uprzemysłowionych obszarach wybrzeży Północnego Atlantyku.
      Grupa naukowców z 10 różnych organizacji odbyła w latach 2013–2018 cztery wyprawy badawcze na pokładzie statku RRS James Clark Ross. Naukowcy badali powierzchnię wody, kolumnę wody, dno morskie, plaże i zwierzęta należące do 26 gatunków.
      Zauważono znaczący wzrost ilości plastiku na wszystkich badanych obszarach. Na plażach plastik stanowi ponad 90% wyrzucanych przez morze szczątków, a jego ilość znajduje się na rekordowo wysokim poziomie.
      Przed trzema dekadami wyspy te, należące do najbardziej odległych miejsc na planecie, były niemal dziewicze. W tym czasie ilość znajdowanych tam plastikowych śmieci wzrosła 100-krotnie. Plastik jest tak powszechny, że dotarł na dno oceanu. Znaleźliśmy go w całym łańcuchu pokarmowym, od planktonu po drapieżne ptaki morskie, mówi główny autor badań doktor David Barnes z British Antarctic Survey.
      Największą koncentrację plastiku stwierdzono na plażach. W 2018 roku na każdy metr wybrzeża Falklandów Wschodnich i Świętej Heleny przypadało do 300 fragmentów plastiku – to 10-krotnie więcej niż przed dekadą. Zrozumienie skali problemu to pierwszy krok w kierunku wspomożenia biznesu, przemysłu i społeczeństwa w poradzeniu sobie z tym problemem, dodaje Barnes.
      Plastikowe śmieci zabijają każdego roku 100 milionów zwierząt morskich. Giną one zaplątane w plastik, zatrute plastikiem i wskutek zatkania przewodu pokarmowego przez połknięty plastik. Dla odległych wysp, o unikatowym ekosystemie, poważnym problemem jest też fakt, że na plastikowych odpadach mogą na nie przybywać gatunki inwazyjne. A najnowsze badania pokazują, że zanieczyszczenie plastikiem to nie tylko problem obszarów uprzemysłowionych, ale dotyka on nawet najbardziej odległych obszarów planety, które jeszcze mają dobrze zachowaną bioróżnorodność.
      Te wyspy i ocean wokół nich to strażnicy zdrowia naszej planety. Pękają nam serca gdy widzimy albatrosy połykające plastik na pustkowiach tysiące kilometrów od ludzkich siedzib. To potężny dzwonek alarmowy. Jeśli nic z tym nie zrobimy, zagrożone będą nie tylko różne gatunki zwierząt, ale załamie się cały ekosystem, od którego zależy przetrwanie wielu społeczności ludzkich, mówi biolog Andy Schofield z Królewskiego Towarzystwa Ochrony Ptaków.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jeśli w ciągu najbliższych 50 lat nie dokonamy radykalnej zmiany, Jezioro Wiktorii umrze, bo je zatruwamy, mówi gubernator kenijskiej prowincji Kisumu, Peter Anyang' Nyong'o. To największe jezioro Afryki jest coraz bardziej zatruwane, a ludzie odławiają z niego olbrzymie ilości ryb.
      Obszary podmokłe od tysiącleci filtrowały i oczyszczały wody jeziora. Jednak proces ten jest coraz bardziej zakłócany przez rosnącą liczbę zanieczyszczeń wprowadzanych przez ludzi na te obszary. To jednak nie jedyny problem, z którym musi mierzyć się to jedno z największych jezior świata.
      Z powodu zmiany klimatu zwiększa się parowanie i jezioro powoli wysycha. Tymczasem położone w pobliżu miasta Kenii, Ugandy i Tanzanii zrzucają do jeziora Wiktorii nieoczyszczone ścieki. Jakby tego było mało, każdego roku z jeziora odławia się milion ton ryb, a sytuację pogarsza jeszcze kłusownictwo.
      Rządy trzech krajów, do których należy jezioro, nie podjęły żadnych wspólnych działań na rzecz jego ratowania, mimo, że od tego zbiornika zależy los 30 milionów ludzi.
      Jezioro Wiktorii ma niemal 60 000 kilometrów kwadratowych powierzchni. Jest największym na świecie jeziorem tropikalnym i drugim pod względem powierzchni największym jeziorem słodkowodnym na Ziemi. Zawiera ono ponad 2400 km3 wody, jest więc dziewiątym największym jeziorem kontynentalnym. Jezioro zamieszkują hipopotamy, wydry, krokodyle i żółwie. W przeszłości było niezwykle bogate w ryby, w tym w wiele gatunków endemicznych, które jednak zostały wytępione w ciągu ostatnich 50 lat. Mimo to wciąż żyje w nim ponad 500 – w większości endemicznych – gatunków pielęgnic afrykańskich. Około 300 z nich nie zostało jeszcze opisanych. Bogatsze pod tym względem jest tylko jezioro Malawi.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...