Презентация на Сони Витикачова (февруари 2021)

сребърни

От древни времена хората са знаели, че среброто убива или спира растежа на много микроорганизми. Хипократ, бащата на медицината, използва сребърни продукти за лечение на язви и заздравяване на рани. До въвеждането на антибиотиците през 40-те години колоидното сребро (малки частици, суспендирани в течност) е в основата на лечението на изгаряния, инфектирани рани и язви. Среброто все още се използва в превръзки за рани, кремове и като покритие на медицински изделия.

От 90-те години насам производителите добавят сребърни наночастици към много потребителски продукти, за да подобрят техните антибактериални и антипорни свойства. Примерите включват облекло, кърпи, бельо, чорапи, паста за зъби и меки играчки. Наночастиците са много малки частици с диаметър от 1 до 100 нанометра - твърде малки, за да бъдат наблюдавани под микроскоп. Според широко цитираната база данни, около една четвърт от потребителските наноматериали, продавани в момента в Съединените щати, съдържат наносребро.

Няколко проучвания съобщават, че наносреброто е резултат от текстил при пране. Изследванията също така показват, че наносреброто може да бъде токсично за хората и водните и морски организми. Въпреки че се използва широко, малко се разбира за неговата съдба или дългосрочните токсични ефекти в околната среда.

Разработваме начини да превърнем тази потенциална екологична криза във възможност чрез възстановяване на чисти сребърни наночастици, които имат много промишлени приложения, от отпадъчните води от прането. В наскоро публикувано проучване ние описваме техниката на извличане на сребро и обсъждаме ключови технически предизвикателства. Нашият подход решава този проблем при източника - в този случай отделни перални машини. Ние вярваме, че тази стратегия има големи обещания за получаване на новоидентифицирани замърсители от отпадъчните води.

Текстилни сребърни лодки

Използването на наносребро в потребителските продукти непрекъснато се увеличава през последното десетилетие. Пазарният дял на текстила на сребърна основа се е увеличил от 9% през 2004 г. на 25% през 2011 г.

Няколко изследователи са измерили съдържанието на сребро в текстила и са установили стойности, вариращи от 0, 009 до 21 600 милиграма сребро на килограм тъкан. Проучванията показват, че количеството излугване на сребро в разтвор за измиване зависи от много фактори, включително взаимодействието между детергента и други химикали и начина, по който среброто е прикрепено към тъканите.

При хората излагането на сребро може да увреди чернодробните клетки, кожата и белите дробове. Продължителното излагане или излагането на голяма доза може да причини състояние, наречено Argyria, при което кожата на жертвата става синьо-сива.

Среброто е токсично за много микроорганизми и водни организми, включително зебра, дъгова пъстърва и зоопланктон.

След като среброто попадне в канализацията и попадне в пречиствателни станции за отпадъчни води, то потенциално може да увреди процесите на пречистване на бактерии, което го прави по-малко ефективно и безскрупулно устройство за пречистване. Повече от 90% от наночастиците сребро, освободени в отпадъчните води, се оказват върху богати на хранителни вещества биосолиди, които остават в края на пречистването на отпадъчните води, което често се използва в почвата като селскостопански торове.

Това крие няколко риска. Ако растенията поемат сребро от почвата, те могат да го концентрират и да го въведат в хранителната верига. Той също може да бъде извлечен в подпочвените води или измит в реки от буря или ерозия.

Пречистване на водата на пералнята при източника

Нашите изследвания показват, че най-ефективният начин за отстраняване на среброто от отпадъчните води е в пералня. Към този момент концентрациите на сребро са сравнително високи и среброто първо се освобождава от третираната дреха във възстановима химическа форма.

След изплакване на прането в пречиствателни станции за отпадъчни води и смесването му с отпадъчни води и вода от други източници, концентрациите на сребро значително намаляват и могат да бъдат превърнати в различни химически форми.

Тук е полезно малко химия. Нашият метод за възстановяване използва широко използван химичен процес, наречен йонообмен. Йоните са атоми или молекули, които имат електрически заряд. При йонообмен твърдите и течните вещества се комбинират помежду си и обменят йони помежду си.

Например домашните сапуни не растат добре в „твърда“ вода, която съдържа високи нива на йони като магнезий и калций. Много битови филтри за вода използват йонен обмен, за да „омекотят“ водата и да заменят тези материали с други йони, които не влияят по същия начин на нейните свойства.

За да работи този процес, йоните, които превключват сайтовете, трябва да бъдат заредени положително или отрицателно. Nanosilver първоначално се освобождава от текстила като сребърен йон, който е катион - положително зареден йон (оттук и знакът плюс в химичния му символ Ag +).

Дори при източника отстраняването на сребро от измитите отпадъци е трудно. Концентрациите на сребро в промивния разтвор са сравнително ниски в сравнение с други катиони, като калций, които могат да повлияят на процеса на отстраняване. Детергентът допълнително усложнява изображението, защото някои компоненти на детергента могат потенциално да реагират със сребро.

За да се възстанови среброто без вдигане на други химикали, процесът на възстановяване трябва да използва материали, които имат химически афинитет към среброто. В предишно проучване описахме потенциално решение: Използването на йонообменни материали, вградени в химикали на основата на сяра, които се свързват за предпочитане със среброто.

В нашето ново проучване минахме водата за промиване през колона с йонообменна смола и анализирахме как всеки основен детергент компонент взаимодейства със среброто във водата и влияе върху способността на смолата да отстранява среброто от водата. Чрез манипулиране на условията на процеса като рН, температура и концентрация на катехите без усилване, успяхме да идентифицираме условия, които максимизират регенерацията на среброто.

Установихме, че pH и нивата на калциевите йони (Ca 2+) са решаващи фактори. По-високите нива на водородни или калциеви йони свързват компонентите на детергентите и им пречат да взаимодействат със сребърните йони, така че йонообменната смола да може да отстрани среброто от разтвора. Също така установихме, че някои компоненти на детергентите - особено избелващи и омекотители за вода - са направили йонообменната смола да работи по-малко ефективно. В зависимост от тези условия получихме между 20% и 99% сребро във водата за измиване.

Нашите открития могат да стимулират изследванията на алтернативни препарати, които подобряват регенерацията на среброто. Те също така показват, че йонообменната технология може да възстанови следи от сребро от вода, която съдържа високи нива на детергент.

Бъдещето на пречистването на отпадъчни води

Понастоящем отпадъчните води се получават от няколко източника, като домове и предприятия, и се насочват на големи разстояния до централизирани пречиствателни станции. Все повече доказателства сочат, че тези съоръжения не са достатъчно оборудвани, за да не допускат новооткритите замърсители извън околната среда, тъй като те използват обща схема за третиране на много различни потоци отпадъци.

Ние вярваме, че бъдещето е в децентрализирани системи, които могат да пречистват различни видове отпадъчни води със специфични технологии, създадени специално за материалите, които съдържат. Ако отпадъчните води от прането съдържат различни замърсители от отпадъчните води от ресторанта, защо да ги третирате по същия начин?

Нашият подход е по-ефективен и ефективен начин за решаване на нови екологични проблеми - потенциално проста стъпка от инсталирането на специална касета за пречистване на вода във вашата пералня.