Новости химической науки > Микромоторы очищают загрязненную воду

Исследователи из Германии изобрели микромоторы, которые могут двигаться в воде, одновременно понижая содержание органических веществ – загрязнителей. Микромоторы, топливом которых является разбавленный пероксид водорода, могли бы использоваться при очистке небольших резервуаров, трубопроводов и других труднодоступных мест.

Органические загрязнения можно найти во многих промышленных стоках, включая сточные воды текстильных, фармацевтических и сельскохозяйственных производств. Эти загрязнения представляют собой все возрастающую проблему, поскольку они представляют собой вещества, не склонные к разложению в условиях окружающей среды, и не могут перерабатываться с помощью обычных биологических или химических способов очистки воды.

Решить проблему загрязнения окружающей среды могли бы микромоторы. В прошлом году, опираясь на предыдущие примеры применения микромоторов в качестве портативных биосенсоров и переносчиков клеток, Джозеф Вонг (Joseph Wang) из Калифорнийского университета в Сан-Диего, США, совместно с коллегами разработал самодвижущиеся микромоторы, которые могли бы улавливать капли нефти, таким образом, предлагая способ борьбы с разливами нефти. Собственно говоря, только с того момента микромоторы можно стало полноценно использовать для разрушения органических загрязнений. Вонг отмечает, что проведенное исследование указывает на большой потенциал микромоторов в деле контроля за состоянием окружающей среды и улучшением ее состояния.

Микромоторы движутся благодаря использованию пузырьков кислорода, появляющихся в результате разложения перекиси водорода. (Рисунок из ACS Nano, 2013, 7, 9611; DOI: 10.1021/nn405075d)

Наиболее современные микромоторы, разработанные Самуэлем Санчесом (Samuel Sanchez) совместно с коллегами из Института твердого тела и исследования материалов имени Лейбница, состоят из трубковидной сердцевины из платины, которая окружена железом. Помещение таких систем в загрязненную воду, содержащую разбавленную перекись водорода приводит к тому, что платиновые сердцевины моторчиков превращают перекись в кислородные пузырьки, а окружающее платину железо способствует образованию гидроксильных радикалов. Пузырьки кислорода толкают микромоторы вперед, в то время как гидроксильные радикалы окисляют органические загрязнители.

Два эксперта по микромоторам – Аюсман Сен (Ayusman Sen) из Университета Пенсильвании в США и Мартин Пумера (Martin Pumera) из Наньянского технологического университета в Сингапуре, говорят, что большим преимуществом микромоторов нового типа является их способность к самодвижению, которая ускоряет реакции и, таким образом, позволяет быстро разрушать органические загрязнители. Пумера говорит, что гидроксильные радикалы могут атаковать молекулы мишеней-загрязнителей намного быстрее, чем это бы достигалось за счет простой диффузии.

Санчес поясняет, что, вероятно, микромоторы не могут очистить огромные количества сточных вод. Санчес также добавляет, что целью исследовательской группы было очистить загрязненные капилляры, маленькие трубочки и места, до которых сложно добраться. Санчес уточняет, что эта работа будет актуальна особенно для применений в небольших масштабах и в сложных для очистки другим способом условиях.

Ли Чжан (Li Zhang) из Китайского университета Гонконга говорит, что результаты этой работы несомненно заслуживают внимания и являются перспективными для защиты окружающей среды. Чжан говорит, что хотя на сегодняшний день несколько исследовательских групп разрабатывают микромоторы, однако главным образом их усилия направлены на биологическое и медикобиологическое применение.

Очевидно, что для промышленного применения, такого как очистка сточных вод, этот процесс нуждается в дальнейшем масштабировании и необходимо, чтобы микромоторы были многофункциональными. По мнению Чжан проведенная исследователями работа заслуживает затраченных усилий. Кроме того, Чжан считает, что необходимо развивать это направление.

Источник: ACS Nano, 2013, 7, 9611 (DOI: 10.1021/nn405075d)

метки статьи: #вопросы экологии, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология