Porézní uhlík s aminoskupinami má skvělé adsorpční schopnosti. Je velmi efektivní ve vázání iontů těžkých kovů z vody a je možné jej používat opakovaně. V budoucnu by takový materiál mohl přispět ke zlevnění čištění vody a tím ke zvýšení dostupnosti čisté vody ve světě.
V odpadní vodě průmyslových závodů a podobných zařízení se často vyskytují těžké kovy, což značně komplikuje její čištění. Zároveň hrozí riziko, že se takto znečištěná voda dostane do podzemních vod, které může znehodnotit na dlouhé roky či desetiletí. Vědci japonské Nagoya University vymysleli technologii, s jejíž pomocí je možné z odpadní vody odstraňovat těžké kovy. Tato technologie využívá elektricky upravený nanouhlík, s jehož pomocí efektivně filtruje vodu a zadržuje ionty těžkých kovů.
Těžké kovy v odpadních vodách představují letitý palčivý problém postupů čištění odpadních vod. Postupně vznikla celá řada pozoruhodných nápadů, jak z průmyslově znečištěné vody odstraňovat tyto toxické kovy, včetně arzénu, rtuti, cínu nebo olova. Již se objevily technologie s mikroboty vybavenými vlastním pohonem, které aktivně sbírají ionty těžkých kovů, anebo rozmanité filtry, vyrobené například z křemene nebo odpadní biomasy cibule a česneku.
Dalším možným materiálem pro tento účel je právě nanouhlík (anglicky „nanocarbon“). Jde o uhlíkový materiál s množstvím pórů, který je slibný v oblasti čištění vody. Může vytvářet vazby s ionty těžkých kovů, jako je třeba olovo nebo rtuť. Tyto vazby za normálních okolností nebývají příliš silné. Odborníci Nagoya University ale našli způsob, jak nanouhlík vylepšit - smíchali fenol, jako zdroj uhlíku, se sloučeninou zvanou APTES (3-amino propyltriethoxysilan), která se stala zdrojem aminoskupin. Tímto postupem vznikl nanouhlík bohatý na aminoskupiny (NH2-C), který vytváří s těžkými kovy o poznání silnější vazby. Vzniklý materiál umístili do skleněné nádoby a tam jej vystavili působení elektrického proudu o vysokém napětí po dobu 20 minut. Tento postup vedl k pravidelnému rozmístění aminoskupin na povrchu nanouhlíku, včetně povrchu jeho vnitřních pórů.
Jak uvádí Nagahiro Saito z týmu autorů vylepšeného nanouhlíku, jejich jednoduchý výrobní postup zaručuje, že se aminoskupiny naváží jak na vnější, tak i na vnitřní povrchy nanouhlíku. Tím se dramaticky zvyšuje adsorpční kapacita materiálu v porovnání s neupravovaným nanouhlíkem.
Badatelé otestovali nový nanouhlík v experimentech a porovnali ho s jinými podobnými materiály. Nanouhlík upravený elektrickým proudem o vysokém napětí měl ze všech srovnávaných materiálů nejvyšší adsorpční kapacitu. V dalších testech ověřili fungování nového nanouhlíku v deseti cyklech čištění vody s ionty mědi, zinku a kadmia. Testy potvrdily, že materiál je dostatečně stabilní a vhodný pro opakované používání. Tvůrci nového materiálu věří, že pomůže snížit cenu čištění odpadní vody a přispěje ke zlepšení dostupnosti bezpečné a čisté vody ve světě.
Zdroj: Nagoya University
Foto: Unsplash