I ricercatori della Rice University hanno potenziato le particelle di biossido di titanio di dimensioni micron per intrappolare e distruggere il BPA, un contaminante dell'acqua con implicazioni per la salute. Le molecole di ciclodestrina sulla superficie intrappolano il BPA, che viene poi degradato dalle specie reattive dell'ossigeno (ROS) prodotte dalle particelle attivate dalla luce. Credito:Danning Zhang
Gli scienziati della Rice University hanno sviluppato qualcosa di simile al flytrap di particelle di Venere per la bonifica dell'acqua.
Sfere di dimensioni micron create nel laboratorio dell'ingegnere ambientale di Rice Pedro Alvarez sono costruite per catturare e distruggere il bisfenolo A (BPA), una sostanza chimica sintetica utilizzata per produrre plastica.
La ricerca è dettagliata nella rivista dell'American Chemical Society Scienze e tecnologie ambientali .
Il BPA è comunemente usato per rivestire l'interno delle lattine per alimenti, tappi di bottiglia e linee di alimentazione dell'acqua, e una volta era un componente dei biberon. Mentre il BPA che penetra nel cibo e nelle bevande è considerato sicuro a basse dosi, si sospetta che un'esposizione prolungata influisca sulla salute dei bambini e contribuisca all'ipertensione.
La buona notizia è che le specie reattive dell'ossigeno (ROS) – in questo caso, radicali idrossilici – sono cattive notizie per il BPA. Il biossido di titanio economico rilascia ROS quando attivato dalla luce ultravioletta. Ma poiché le molecole ossidanti svaniscono rapidamente, Il BPA deve essere abbastanza vicino per attaccare.
È qui che entra in gioco la trappola.
Avvicinamento, le sfere si rivelano come raccolte floreali di petali di biossido di titanio. I petali flessibili forniscono un'ampia superficie per i ricercatori di Rice per ancorare le molecole di ciclodestrina.
"Petali" di una sfera di biossido di titanio potenziata con ciclodestrina vista al microscopio elettronico a scansione. Quando attivato dalla luce ultravioletta, le sfere create alla Rice University sono efficaci nel rimuovere i contaminanti del bisfenolo A dall'acqua. Credito:Alvarez Lab
La ciclodestrina è una molecola benigna a base di zucchero spesso utilizzata negli alimenti e nei farmaci. Ha una struttura bifronte, con una cavità idrofoba (che evita l'acqua) e una superficie esterna idrofila (che attira l'acqua). Il BPA è anche idrofobo e naturalmente attratto dalla cavità. Una volta intrappolato, I ROS prodotti dalle sfere degradano il BPA in sostanze chimiche innocue.
Nel laboratorio, i ricercatori hanno determinato che 200 milligrammi delle sfere per litro di acqua contaminata hanno degradato il 90% del BPA in un'ora, un processo che richiederebbe più del doppio del tempo con biossido di titanio non potenziato.
Il lavoro si inserisce nelle tecnologie sviluppate dal Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment, con sede a Rice e supportato dalla National Science Foundation, perché le sfere si autoassemblano da nanofogli di biossido di titanio.
"La maggior parte dei processi riportati in letteratura coinvolge nanoparticelle, ", ha detto lo studente laureato Rice e autore principale Danning Zhang. "La dimensione delle particelle è inferiore a 100 nanometri. A causa delle loro dimensioni molto ridotte, sono molto difficili da recuperare dalla sospensione in acqua."
Le particelle di riso sono molto più grandi. Dove una particella di 100 nanometri è 1, 000 volte più piccolo di un capello umano, il biossido di titanio potenziato è compreso tra 3 e 5 micron, solo circa 20 volte più piccolo degli stessi capelli. "Ciò significa che possiamo utilizzare la microfiltrazione a bassa pressione con una membrana per recuperare queste particelle per il riutilizzo, " Zhang ha detto. "Si risparmia un sacco di energia."
Studente laureato di riso Danning Zhang, che ha guidato lo sviluppo di una particella che attrae e degrada i contaminanti nell'acqua, controlla un campione in un laboratorio ambientale di Rice. Credito:Jeff Fitlow
Poiché il ROS consuma anche la ciclodestrina, le sfere iniziano a perdere la loro capacità di intrappolamento dopo circa 400 ore di continua esposizione ai raggi ultravioletti, ha detto Zhang. Ma una volta guarito, possono essere facilmente ricaricati.
"Questo nuovo materiale aiuta a superare due importanti barriere tecnologiche per il trattamento fotocatalitico dell'acqua, " Ha detto Alvarez. "In primo luogo, migliora l'efficienza del trattamento riducendo al minimo l'eliminazione dei ROS da parte dei costituenti non bersaglio nell'acqua. Qui, i ROS sono principalmente usati per distruggere il BPA.
"Secondo, consente la separazione a basso costo e il riutilizzo del catalizzatore, contribuendo a ridurre i costi di trattamento, " ha detto. "Questo è un esempio di come i materiali avanzati possono aiutare a convertire le pubblicità accademiche in processi fattibili che migliorano la sicurezza dell'acqua".
