Магнитные наночастицы облегчают удаление микроорганизмов из сточных вод
Микро загрязняющие вещества создают значительную нагрузку на наши водотоки, но удаление их из сточных вод требует значительных технических ресурсов. Теперь исследователи ETH разработали подход, который позволяет эффективно удалять эти проблемные вещества.
В нашей повседневной жизни мы все используем множество химических веществ, в том числе косметику, медикаменты, противозачаточные таблетки, растительные удобрения и моющие средства — все это помогает облегчить нашу жизнь. Однако использование таких продуктов оказывает негативное воздействие на окружающую среду, так как многие из них не могут быть полностью удалены из сточных вод на современных водыочистных сооружений. Будучи микропоглощающими веществами , они в конечном итоге оказываются в окружающей среде, где они ложатся бременем на фауну и флору в наших водоемах.
Поэтому в рамках пересмотра Закона об охране водных ресурсов в 2014 году парламент принял решение установить дополнительный этап очистки для отдельных очистных сооружений к 2040 году с целью удаления микроконтаминантов. Хотя финансирование для этого в принципе было обеспечено, проект представляет собой сложную задачу для операторов станций, поскольку удаление критических веществ возможно только с помощью сложных процедур, которые обычно основаны на озоне, активированном угле или свете.
Наночастицы помогают деградации
Теперь исследователи из Института робототехники и интеллектуальных систем ETH в Цюрихе разработали элегантный подход, который позволил бы легче удалять эти вещества. Используя мультиферроичные наночастицы , им удалось вызвать разложение химических остатков в загрязненной воде. Здесь наночастицы не принимают непосредственного участия в химической реакции, а действуют как катализатор, ускоряя превращение веществ в безвредные соединения.
«Подобные наночастицы уже используются в качестве катализатора химических реакций во многих областях промышленности», — объясняет Сальвадор Панэ, который сыграл ключевую роль в продвижении этого исследования в качестве старшего научного сотрудника. «Теперь нам удалось показать, что они также могут быть полезны для очистки сточных вод».
В своих экспериментах исследователи использовали водные растворы, содержащие следовые количества пяти распространенных препаратов. Эксперименты подтвердили, что наночастицы могут снизить концентрацию этих веществ в воде не менее чем на 80 процентов. Фахер Муштак, аспирант в группе, подчеркивает важность этих результатов: «Эти вещества также включают два соединения, которые нельзя удалить с помощью обычного метода на основе озона».
«Примечательно, что мы можем точно настроить каталитический выход наночастиц, используя магнитные поля», — объясняет Сянчжун Чен, постдок, который также участвовал в проекте. Частицы имеют ферритовое ядро кобальта, окруженное ферритовой оболочкой висмута. Если применяется внешнее переменное магнитное поле, некоторые области поверхности частицы принимают положительные электрические заряды, а другие становятся отрицательно заряженными. Эти заряды приводят к образованию активных форм кислорода в воде, которые расщепляют органические загрязнители на безвредные соединения. Магнитные наночастицы могут быть легко удалены из воды с помощью магнитного поля , говорит Чен.
Положительные отзывы от промышленности
Исследователи считают, что новый подход является многообещающим, ссылаясь на более простую техническую реализацию, чем , например, очистка сточных вод на основе озона . «Индустрия сточных вод очень заинтересована в наших выводах», — говорит Панэ.
Однако пройдет некоторое время, прежде чем метод сможет быть применен на практике, поскольку до сих пор он изучался только в лаборатории. Во всяком случае, Муштак говорит, что уже получено одобрение для проекта BRIDGE, совместно финансируемого Швейцарским национальным научным фондом и компанией Innosuisse, с целью поддержки перехода метода на практическое применение. Кроме того, уже существуют планы по созданию дочерней компании, в которой исследователи намерены развивать свою идею до зрелости рынка.
