يمكن لمرشح مياه جديد إزالة أيونات المعادن الثقيلة والمواد المشعة في مسار واحد فقط.

غشاء المرشح هو مزيج من مادتين منخفضتين التكلفة: ألياف بروتين مصل اللبن وفحم منشط. تتغلب التقنية البسيطة على العديد من عيوب الطرق القائمة ، والتي عادة ما تكون باهظة الثمن ويمكنها فقط إزالة عنصر معين أو الحصول على سعة تصفية صغيرة جدًا.

يقول رافاييل ميزنغا ، أستاذ الأغذية والمواد اللينة في ETH Zurich: "إن هذا المشروع هو أحد أهم الأشياء التي قد أقوم بها على الإطلاق". ويصف هو وزميلته سريناث بوليسيتي التكنولوجيا في المجلة طبيعة التكنولوجيا النانوية.

في قلب نظام الترشيح هو نوع جديد من الغشاء الهجين المكون من الفحم المنشط وألياف البروتين الصلبة الصعبة. المكونان رخيصان وبسيطان في الإنتاج.

يتم تغيير طبيعة بروتينات مصل (شرش) اللبن ، مما يجعلها تمتد ، وتتجمع في النهاية على شكل ليفات أميلويد. جنبا إلى جنب مع الكربون المنشط ، يتم تطبيق هذه الألياف على مواد الركيزة المناسبة ، مثل ورقة الترشيح السليلوز. محتوى الكربون هو 98 في المئة ، مع مجرد 2 في المئة تتكون من البروتين.

يسترد الذهب القيم

يمتص هذا الغشاء الهجين العديد من المعادن الثقيلة بطريقة غير محددة ، بما في ذلك العناصر الصناعية ذات الصلة ، مثل الرصاص والزئبق والذهب والبلاديوم. ومع ذلك ، فإنه يمتص أيضا المواد المشعة ، مثل اليورانيوم أو الفوسفور 32 ، والتي تكون ذات صلة في النفايات النووية أو بعض علاجات السرطان ، على التوالي.

ويزيل الغشاء أيضًا السيانيد المعدني عالي السمية من الماء. تشتمل هذه الفئة من المواد على السيانيد الذهبي ، والذي يستخدم عادة في صناعة الإلكترونيات لإنتاج مسارات موصل على لوحات الدوائر.

يوفر غشاء طريقة بسيطة لتصفية واستعادة الذهب، وبالتالي فإن نظام التصفية يمكن في يوم من الأيام أن تلعب دورا هاما في إعادة تدوير الذهب أيضا.

"الربح الناتج عن الذهب المسترد هو أكثر من 200 أضعاف تكلفة الغشاء الهجين" ، يقول Mezzenga.

كيف يعمل

عملية الترشيح بسيطة للغاية: يتم سحب المياه الملوثة من خلال الغشاء عن طريق التفريغ.

"يمكن أن ينتج فراغ قوية بما فيه الكفاية مع مضخة يدوية بسيطة"، ويقول Mezzenga "، والذي من شأنه أن يسمح النظام ليتم تشغيلها بدون كهرباء."

ويكاد يكون النظام قابلاً للتطوير بشكل لا نهائي ، مما يجعله فعّالاً من حيث التكلفة لتسجيل كميات كبيرة من المياه.

كما يتم رسم المواد السامة من خلال المرشح ، فإنها "تلتصق" في المقام الأول إلى ألياف البروتين ، والتي لديها العديد من المواقع ملزم حيث يمكن أن ترسو أيونات معدنية فردية. ومع ذلك ، فإن مساحة السطح الكبيرة للفحم المنشط يمكنها أيضًا امتصاص كميات كبيرة من السموم ، مما يؤخر تشبع الأغشية.

بالإضافة إلى ذلك ، تضفي ألياف البروتين قوة ميكانيكية على الغشاء ، وتسمح عند درجات الحرارة المرتفعة بتحويل أيونات المحاصرة كيميائياً إلى جزيئات معدنية نانوية ثمينة.

قدرة عالية جدا

Mezzenga هو متحمس حول قدرة مرشح غشاء الهجين ل. في الاختبارات مع كلوريد الزئبق، على سبيل المثال، انخفض تركيز الزئبق موجود في الترشيح من قبل أكثر من 99.5 في المئة.

وكانت كفاءة أعلى حتى مع سمية الذهب البوتاسيوم مركب السيانيد، حيث كان لا بد 99.98 المئة تقريبا من المجمع إلى الغشاء، أو مع أملاح الرصاص، حيث كانت كفاءة أكبر من 99.97 في المئة. ومع اليورانيوم المشع، كان لا بد 99.4 في المئة من التركيز الأصلي خلال الترشيح.

"لقد حققنا هذه القيم العالية فقط في مسار واحد"، ويقول Bolisetty.

حتى على ممرات متعددة، الغشاء الهجين مرشحات من المواد السامة مع وجود درجة عالية من الموثوقية. على الرغم من أن تركيز الزئبق في الترشيح زيادة بعامل 10 من 0.4 جزء في المليون (جزء في الملايين) ل4.2 جزء في المليون بعد يمر 10، كانت كمية البروتين المستخدمة منخفضة للغاية.

لتصفية نصف لتر من المياه الملوثة ، استخدم الباحثون غشاءًا يزن عُشر الجرام فقط ، و 10 في المائة من وزنه مصنوع من ألياف بروتينية.

وأضاف "واحد كيلو غرام من بروتين مصل اللبن يكون كافيا لتنقية 90,000 لترا من الماء" يقول Mezzenga.

وهذا يشير إلى ويمكن زيادة الكفاءة من خلال إضافة المزيد من المحتوى بروتين في الغشاء، ويضيف، مع التركيز على المرونة لهذا النهج الجديد.

وتثق Mezzenga ، التي حصلت على براءة اختراع التكنولوجيا ، بأن المرشح سيجد طريقه إلى السوق.

وقال "هناك العديد من التطبيقات لذلك، والمياه هي واحدة من أكثر المشاكل إلحاحا التي نواجهها اليوم،" يضيف.

المصدر ETH زيورخ

كتاب ذات الصلة:

at سوق InnerSelf و Amazon