Группа исследователей из Великобритании и США разработала фильтр для воды на основе минеральной ваты, покрытой нанотрубками. Ученые утверждают, что фильтр задерживает более 99 процентов ионов тяжелых металлов. При этом, после насыщения материал можно использовать повторно, очистив его с помощью обычного уксуса. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Из-за неправильной утилизации электроники и батарей, промышленных отходов и других факторов в водоемы и подземные воды попадают токсичные для людей вещества, такие как тяжелые металлы. Особенно остро эта проблема стоит в развивающихся странах. Поэтому ученые решили разработать эффективный и удобный в использовании материал для очистки воды.
За основу материала они взяли минеральную вату из кварца. На ней они выращивали многослойные углеродные нанотрубки, которые затем эпоксидировали с помощью м-хлорнадбензойной кислоты. Именно за счет эпоксидирования нанотрубки получили адсорбирующие свойства, то есть смогли захватывать ионы тяжелых металлов.
Ученые проверили фильтрующие свойства своего материала с помощью растворов с ионами шести тяжелых металлов: Cd
, Co
, Cu
, Hg
, Ni
, and Pb
. Таким фильтром они смогли очистить пять литров воды за минуту, а промыть его для повторного использования за полторы минуты. Результаты показали, что 1 грамм материала может захватывать до 581 миллиграмма ионов металлов. Также исследователи решили оценить, насколько полезным будет такой фильтр в реальных условиях. Для моделирования они выбрали реку Koekemoerspruit в Южной Африке, в которой значительно превышена концентрация металлов. Теоретический расчет показал, что один грамм материала может снизить концентрацию тяжелых металлов в 83 тысячах литров воды до предельно допустимого по стандартам
уровня. Исходя из минимальной суточной потребности в воде, оцениваемой в 7,5 литров, этого объема достаточно, чтобы в течение суток обеспечивать чистой водой 11 тысяч человек.
Помимо нанотрубок, ученые используют и другие наноразмерные формы углерода для фильтрации воды. К примеру, недавно для этого использовали одноатомные листы графена, который, как ни странно, оказался рекордно прочным и смог выдержать давление в 100 атмосфер. Впрочем, таким фильтром удалось очистить воду только от соли, а другие исследователи разработали материал, который может очищать воду от органических, неорганических, радиоактивных и бактериологических примесей.
Григорий Копиев