تیمی از دانشمندان دانشکده مهندسی دانشگاه تافتس، فناوری جدید فیلتراسیون جدید آب را بهبود بخشیده‌اند.
این نوآوری با الهام از زیست شناسی ، می تواند به جلوگیری از بیماری های مربوط به آب آشامیدنی که ده ها میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد ، کمک کند و به طور بالقوه بهبود زیست محیطی ، تولید صنعتی و شیمیایی و معادن و سایر فرآیندها را بهبود بخشد.
در گزارش مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ، محققان نشان دادند که غشاهای پلیمری جدید آنها می توانند فلوراید را از کلرید و سایر یونها – اتم های دارای بار الکتریکی – جدا کنند که این روش دو برابر بیشتر از توسط روش های دیگر است.
وجود فلوراید در آب
آنها می گویند استفاده از این فناوری می تواند از سمیت فلوراید در منابع آب ، جایی که عنصر به طور طبیعی در سطوح بسیار بالا برای مصرف انسان وجود دارد ، جلوگیری کند.
دانشمندان می‌دانند که افزودن فلوراید به منبع آب می تواند میزان پوسیدگی دندان ، از جمله حفره ها را کاهش دهد. اما این واقعیت که برخی منابع آب زیرزمینی دارای سطوح بالای فلوراید طبیعی هستند. و نیز می‌تواند منجر به مشکلات جدی برای سلامتی انسان شود.
قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فلوراید زیاد، می‌تواند باعث فلوروز شود. وضعیتی که در واقع می‌تواند دندان‌ها را ضعیف کند، تاندون‌ها و رباطها را کلسیفیک کرده و منجر به تغییر شکل استخوان شود.
سازمان بهداشت جهانی تخمین می‌زند که غلظت بیش از حد فلوراید در آب آشامیدنی، باعث ده‌ها میلیون مورد فلوروز دندان و اسکلت در سراسر جهان می‌شود.
توانایی حذف فلوراید با غشای فیلتر نسبتاً ارزان می تواند جوامع را در برابر فلوروز بدون نیاز به استفاده از فیلتراسیون فشار قوی یا نیاز به حذف کامل تمام اجزاء و سپس معدنی شدن مجدد آب آشامیدنی محافظت کند.
خانم عایشه آستکین ، دانشیار مهندسی شیمی و بیولوژیک در دانشکده مهندسی می گوید:
“پتانسیل غشاهای انتخابی یون برای کاهش فلوراید اضافی در منابع آب آشامیدنی بسیار دلگرم کننده است.”روشی که ما برای تولید غشا به کار بردیم به راحتی قابل استفاده برای کاربردهای صنعتی است. از آنجا که پیاده‌سازی به عنوان یک فیلتر نیز می‌تواند نسبتاً ساده، کم هزینه و از نظر زیست محیطی پایدار باشد. این روش می تواند کاربردهای گسترده ای برای بهبود منابع آب کشاورزی ، پاکسازی زباله های شیمیایی و بهبود تولید مواد شیمیایی داشته باشد. “
به عنوان مثال ، از نظر تئوری این فرآیند می تواند بازده ذخایر محدود زمین شناسی لیتیوم را برای تولید باتری لیتیوم پایدار یا اورانیوم مورد نیاز برای تولید انرژی هسته ای بهبود بخشد.
در توسعه طراحی غشاهای مصنوعی فیلتراسیون جدید آب ، تیم خانم آساتکین از زیست شناسی الهام گرفت.
غشای سلولی به طور قابل ملاحظه ای در عبور یون ها به داخل و خارج از سلول حالت گزینشی دارند. حتی می توانند غلظت های داخلی و خارجی یون ها و مولکول ها را با دقت زیادی تنظیم کنند.
کانال‌های یون بیولوژیکی با پوشش دادن کانال‌ها و گروههای شیمیایی عملکردی، که اندازه و بار مختلفی دارند. و میل متفاوتی برای آب دارند. محیطی انتخابی‌تر برای عبور این یون‌های کوچک ایجاد می‌کنند.
در خصوص فیلترهای تصفیه آب بیشتر بدانیم
غشای فیلتراسیون
غشاهای فیلتراسیون جدید آب توسط تیم آساتکین ایجاد شده است. با پوشش یک پلیمر به نام zwitterionic پلیمری که در آن گروههای مولکولی حاوی بارهای مثبت و منفی پیوندی نزدیک روی سطح خود هستند. بر روی یک تکیه متخلخل، غشاهایی با کانال‌های باریکتر از یک نانومتر، احاطه شده توسط هر دو دفع آب و گروههای شیمیایی بدون بار طراحی شده است.
مانند کانال‌های بیولوژیکی ، اندازه بسیار کوچک منافذ ، یونها را مجبور به تعامل با گروههای باردار و دفع کننده آب در منافذ می کند . به برخی از یونها اجازه می دهد خیلی سریعتر از بقیه عبور کنند.
در این مطالعه، ترکیب پلیمربه‌منظور انتخاب فلوراید در برابر کلرید ساخته شده است. محققان می گویند با تغییر ترکیب پلیمر زیتونیونی ، می توان انتخاب یون های مختلف را هدف قرار داد.
اکثر غشاهای فیلتر کنونی مولکول‌ها را با تفاوت‌های قابل توجهی دارند. در اندازه و بار مولکول جدا می کنند اما به دلیل بارهای الکتریکی تقریباً یکسان ، در تشخیص یون‌های اتم از یکدیگر مشکل دارند.
در مقابل ، غشای محققان تافتس قادر به جداسازی یون هایی هستند. که تنها در کسری از قطر اتمی آنها تفاوت دارند ، حتی اگر بارهای الکتریکی آنها تقریباً یکسان باشد.
منبع: PHY