Хотя решения существуют, они, как правило, дорогостоящие и могут быть использованы только один раз. Но специализированная губка, созданная исследователями из Северо-Западного университета, которая поглощает загрязняющие вещества, а затем выделяет их по желанию, может стать многоразовым и недорогим решением.

Губка, покрытая наночастицами, обладающими сродством к загрязняющим веществам, может собирать металлы, такие как цинк и медь, а также фосфаты, и в предыдущих версиях успешно извлекала свинец из воды, а микропластик и нефть из озер и океанов. Затем он высвобождает эти ценные ресурсы, когда подвергается воздействию различных значений рН.

В статье, которая будет опубликована 5 февраля в журнале Американского химического общества Environmental Science & Technology Water, исследователи определяют метод адаптации своей платформы к конкретным загрязнителям Чикаго, а затем выборочно высвобождают их, давая ресурсам, которые обычно должны добываться, потенциал для второй жизни.

"Технология может быть использована в качестве универсального сорбента или "всеобъемлющего средства", или же она может быть адаптирована к определенным группам загрязняющих веществ, таким как металлы, пластмассы или питательные вещества", - сказал главный исследователь Винаяк Дравид.

Дравид - профессор материаловедения и инженерии Абрахама Харриса в Северо-Западной инженерной школе Маккормика и филиал факультета Пола М. Триенский институт устойчивого развития и энергетики. Он также является директором-основателем Центра атомных и наноразмерных характеристик (NUANCE) Северо-Западного университета, а также экспериментального центра мягких и гибридных нанотехнологий (SHyNE), а также заместителем директора по глобальным программам Международного института нанотехнологий.

Что это за губка?

В своей первой итерации губчатая платформа была изготовлена из полиуретана и покрыта веществом, которое притягивало масло и отталкивало воду. Новейшая версия представляет собой высокогидрофильную (влаголюбивую) целлюлозную губку, покрытую частицами, адаптированными к другим загрязнителям. Губчатая платформа работает так эффективно благодаря своим порам, обеспечивая большую площадь поверхности, на которой могут оседать загрязняющие вещества.

Дравид иногда называл эту технологию "швейцарским армейским ножом" благодаря ее универсальности и способности использоваться снова и снова. Он основал стартап NU Coral Innovations (ранее MFNS-Tech), чтобы начать процесс коммерциализации технологии на основе губок для восстановления окружающей среды.

Один-два P(h)unch

Производитель оборудования для очистки ливневых вод StormTrap, LLC узнал о платформе и обратился к команде с вопросом о трех конкретных загрязнителях, сильно влияющих на Чикаго. Надеясь добавить в свой ассортимент абсорбирующие материалы, представители StormTrap спросили, может ли компания Dravid снизить концентрацию загрязняющих веществ до уровня, который невозможно отследить.

Агентство по охране окружающей среды устанавливает уровни содержания минералов, исходя из состояния здоровья человека, которые в разы превышают количество, считающееся безопасным с экологической точки зрения, обычно устанавливая предельные значения для питьевой воды в диапазоне частей на миллион, когда для предотвращения цветения водорослей и других воздействий на окружающую среду потребовались бы гораздо меньшие концентрации.

Разработать платформу для улавливания меди, цинка и фосфатов было относительно просто, но затем Келли Матушевски, аспирантке из группы Dravid и первому автору статьи, было поручено определить метод возврата ресурсов. Поскольку запасы фосфатов и металлов в шахтах истощаются, этот второй шаг становится критически важным.

"Мы не можем просто продолжать спускать эти минералы в унитаз", - сказал Матушевский. "Нам нужно понять, как они взаимодействуют, и найти способы их реального использования".

Матушевский обнаружил, что при снижении рН металлы вымываются из губки. Как только медь и цинк удаляются, рН повышается, и в этот момент фосфат отделяется от губки. Она обнаружила, что даже после пяти циклов сбора и удаления минералов губка работала так же хорошо, и она смогла доставлять воду с не поддающимся отслеживанию количеством загрязняющих веществ.

Матушевски - финалистка конкурса FoundHer Spotlight, конкурса для женщин-ученых, начинающих карьеру, проводимого исследовательской лабораторией Querrey inQbation Lab Северо-Западного университета. 5 марта она выступит перед Советом женщин Северо-Запада, соревнуясь с семью другими исследователями.

Отправляю его в ливневую канализацию

Партнерство с компанией StormTrap, LLC позволило команде оценить эффективность технологии и быстро перейти от лабораторных работ к промышленным. Использование платформы в реальных сценариях станет важным следующим шагом, поскольку Матушевский работал в контролируемой среде, в которой относительная концентрация каждого загрязняющего вещества была одинаковой. Следующий этап поможет им определить количество минералов, которые может содержать губка, и позволит им сотрудничать с другими исследователями Северо-Запада, работающими над созданием более чистых водных путей.

Статья была профинансирована Trienens и StormTrap и основана на работе, связанной с Механизмом инноваций в области водных ресурсов Великих озер, поддержанном Национальным научным фондом (номер гранта ITE-2315268).

Винаяк Дравид и Northwestern имеют финансовые интересы (акции, роялти) в Coral Innovations.