Новый материал удаляет токсичные металлы из воды

Вода, загрязненная тяжелыми металлами, может представлять угрозу для людей и водных организмов при ее употреблении. Полимеры, полученные из сахаров растений, удаляют эти металлы, но часто требуют других веществ для регулирования их стабильности или растворимости в воде.

Теперь исследователи сообщают о сахароподобном полимере, который удерживает тяжелые металлы в нерастворимых комках для легкого удаления. В ходе испытаний, подтверждающих концепцию, полимер удалил ионный кадмий и свинец из речной воды , содержащей эти стойкие загрязнители. Работа была опубликована в ACS Central Science .

Некоторые ионы тяжелых металлов могут быть токсичными при высоких концентрациях в питьевой воде. Методы удаления этих загрязняющих веществ, такие как фильтрация, могут быть энергоемкими и полагаться на мембраны для улавливания металлов, которые быстро засоряются и должны быть заменены. Чтобы улучшить очистку воды, исследователи обратились к растениям .

Растения защищают свои клетки барьером из полисахаридов, состоящим из макромолекул с повторяющимися сахарными единицами, которые улавливают ионы металлов. Например, в недавнем исследовании ученые использовали липкие полисахаридные экстракты из бамии и алоэ для удаления микропластика из сточных вод.

Однако некоторые полисахариды растворяются в воде, требуя добавок для образования нерастворимых гелей для захвата и удаления металлов. Поэтому Кассандра Каллманн и ее исследовательская группа в Техасском университете в Остине приступили к разработке единого материала с сахароподобными структурами и контролируемой растворимостью в воде для удаления тяжелых металлов из воды.

Команда сконструировала несколько полимеров, каждый из которых имел водонерастворимую основу с различными водорастворимыми углеводами, свисающими с повторяющихся звеньев, как подвески на браслете. В первоначальных тестах углеводный «амулет», который привлекал и связывал ионный кадмий наиболее эффективно, содержал группу карбоновой кислоты.

Далее, в тестах воды, в которую был добавлен ионный кадмий, полимер с карбоновой кислотой образовал видимые комки через три минуты, и комки можно было отфильтровать. Комки также снова растворялись, высвобождая кадмий, путем регулирования кислотности воды. После трех циклов связывания, комкования и повторного растворения полимер сохранял ту же эффективность улавливания металлов, демонстрируя свой потенциал в качестве перерабатываемого материала.

В качестве доказательства концепции команда затем протестировала содержащий углеводы полимер на воде реки Колорадо, в которую были добавлены ионный кадмий и свинец. Образец реки содержал значительно больше ионного кальция, натрия и магния, чем добавленные металлы.

За 24-часовой период полимер захватил до 20% и 45% добавленного кадмия и свинца соответственно, а также минимальные количества других ионов металлов. Исследователи говорят, что их новый материал является многообещающим шагом на пути к более эффективным, многоразовым и селективным материалам для очистки воды.

Дополнительная информация:

• Биоинспирированные углеводсодержащие полимеры эффективно и обратимо секвестрируют тяжелые металлы,
  ACS Central Science (2024).