Наноматериалы и УФ-свет могут «заманивать в ловушку» химикаты для лёгкого удаления из почвы и воды
Многие созданные человеком загрязнители в окружающей среде устойчивы к естественному разложению и нарушают работу гормональной и других систем у млекопитающих и животных. Удаление этих токсичных материалов — включая пестициды и эндокринные разрушители, такие как бисфенол А (BPA) — существующими методами часто дорого и трудоёмко.
В новой статье, опубликованной на этой неделе в Nature Communications, исследователи из MIT и Федерального университета Гояс в Бразилии продемонстрировали новый метод использования наночастиц и ультрафиолетового (УФ) света для быстрой изоляции и извлечения различных загрязнителей из почвы и воды.
Ловушка для «боящихся воды» загрязнителей
Исследователи синтезировали полимеры из полиэтиленгликоля (одобрен FDA как пищевая добавка) и полилактида (биоразлагаемый пластик). Наночастицы из этих полимеров имеют гидрофобное ядро и гидрофильную оболочку.
В растворе гидрофобные молекулы загрязнителей перемещаются к гидрофобным наночастицам и адсорбируются на их поверхности, где эффективно «запираются». Если их оставить в покое, наноматериалы остаются диспергированными в воде. Но при воздействии УФ-света стабилизирующая внешняя оболочка частиц сбрасывается, и теперь «обогащённые» загрязнителями частицы образуют более крупные агрегаты. Эти агрегаты можно удалить с помощью фильтрации, седиментации или других методов.
Исследователи использовали этот метод для извлечения:
- Фталатов (размягчителей пластиков) из сточных вод.
- BPA из образцов термобумаги.
- Полициклических ароматических углеводородов из загрязнённой почвы.
Процесс необратим, а полимеры биоразлагаемы, что минимизирует риски вторичного загрязнения. Ключевым открытием стало подтверждение, что малые молекулы действительно пассивно адсорбируются на поверхности наночастиц.
Широкий потенциал применения
Метод обладает широким потенциалом — от экологической ремедиации до медицинского анализа.
- Полимеры синтезируются при комнатной температуре и не требуют специальной подготовки для целевых соединений.
- Они применимы ко всем видам гидрофобных химических веществ. «Мы можем удалять гормоны, BPA и пестициды, которые присутствуют в одном образце, за один шаг», — говорит Фердинанд Брандл.
- Высокое отношение площади поверхности к объёму наночастиц означает, что для удаления относительно большого количества загрязнителей нужна небольшая их доза. Это открывает возможности для рентабельной очистки.
Подход может в перспективе заменить широкое использование органических растворителей и использоваться для анализа, например, в виде дешёвого тест-набора для анализа мочи. Исследование также предполагает более широкий потенциал адаптации методов доставки лекарств на наноуровне для целей экологической ремедиации.