Специальная губка поглощает загрязняющие вещества и высвобождает их для повторного использования, открывая путь к более чистым водным путям и восстановлению ресурсов. Она покрыта наночастицами, которые имеют сродство к загрязняющим веществам, может собирать металлы, а также микропластик и нефть из озер и океанов. Затем она высвобождает эти ценные ресурсы, когда подвергается воздействию различных pH.

• Доказано удаление загрязнений — многоразовая губка успешно извлекает нефть, фосфаты и металлы из загрязненной воды.
• Улучшено восстановление ресурсов — новое достижение позволяет ей улавливать ценные минералы, при этом оставаясь пригодной для повторного использования.
• Снижается загрязнение — благодаря этой технологии уровень загрязнения воды снизился с 0,8 частей на 1 млн до неопределяемого уровня.

Поскольку водные пути все чаще сталкиваются с цветением водорослей и загрязнением сельскохозяйственными стоками и промышленными отходами, исследователи разрабатывают новые способы удаления вредных веществ, таких как фосфат, медь и цинк.

Существующие решения могут быть эффективными, но часто являются дорогими и одноразовыми. Однако ученые из Северо-Западного университета разработали специальную губку, которая поглощает загрязняющие вещества, а затем выделяет их при необходимости, предлагая многоразовую и экономически эффективную альтернативу.

Она покрыта наночастицами, которые притягивают загрязняющие вещества, что позволяет ей захватывать такие металлы, как цинк и медь, а также фосфат. Предыдущие версии также успешно удаляли свинец, микропластик и нефть из воды. Регулируя уровень pH, губка может высвобождать эти захваченные материалы, что позволяет извлекать ценные ресурсы, а не просто утилизировать их.

В статье в журнале Американского химического общества Environmental Science & Technology Water, исследователи определяют метод адаптации своей платформы к конкретным загрязняющим веществам Чикаго. Затем они выборочно высвобождают их, давая ресурсам, которые обычно приходится добывать, возможность получить вторую жизнь.

«Эту технологию можно использовать как универсальный сорбент или всеохватывающее средство, либо ее можно адаптировать для определенных групп загрязнителей, таких как металлы, пластик или питательные вещества», — сказал главный исследователь Винаяк Дравид, профессор материаловедения и инженерии.

Он также является директором-основателем Центра атомной и наномасштабной характеризации (NUANCE) Северо-Западного университета, а также Ресурса экспериментальных мягких и гибридных нанотехнологий (SHyNE) и занимает должность заместителя директора по глобальным программам в Международном институте нанотехнологий.

В своей первой версии губчатая платформа была сделана из полиуретана и покрыта веществом, которое притягивало масло и отталкивало воду. Новейшая версия представляет собой высокогидрофильную (любящую воду) целлюлозную губку, покрытую частицами, специально подобранными для других загрязняющих веществ. Губчатая платформа работает так эффективно из-за своих пор, предоставляя большую площадь поверхности, к которой могут прикрепляться загрязняющие вещества.

Дравид иногда называл эту технологию «швейцарским армейским ножом» благодаря ее универсальности и возможности многократного использования. Он основал стартап NU Coral Innovations (ранее MFNS-Tech), чтобы начать процесс коммерциализации технологии на основе губки для восстановления окружающей среды.

Производитель оборудования для очистки ливневых вод StormTrap, LLC узнал о платформе и обратился к команде, спросив о трех конкретных загрязняющих веществах, которые сильно влияют на Чикаго. Надеясь добавить абсорбирующие материалы в свое портфолио, представители StormTrap спросили, может ли Дравид снизить концентрацию загрязняющих веществ до неотслеживаемых количеств.

Агентство по охране окружающей среды исходя из состояния здоровья человека устанавливает уровни содержания минералов,  которые порой превышают количество, считающееся безопасным с точки зрения экологии, обычно устанавливая предельные значения для питьевой воды в диапазоне частей на миллион, тогда как для предотвращения цветения водорослей и других воздействий на окружающую среду требуются гораздо меньшие концентрации.

Разработка платформы для захвата меди, цинка и фосфата была относительно простой, но затем Келли Матушевски, аспиранту в группе Дравида и первому автору статьи, было поручено определить метод возврата ресурсов. Поскольку запасы фосфата и металлов в шахтах истощаются, этот второй шаг становится критически важным.

«Мы не можем просто продолжать смывать эти минералы в унитаз, — сказала Матушевски. — Нам нужно понять, как они взаимодействуют, и найти способы их реального использования».

Она обнаружила, что при снижении pH металлы вымываются из губки. После удаления меди и цинка pH повышается, и в этот момент фосфаты выходят из губки. Матушевски также заметила, что даже после пяти циклов сбора и удаления минералов губка работала так же хорошо и смогла доставить воду с неотслеживаемым количеством загрязняющих веществ.

Матушевски — финалистка FoundHer Spotlight, конкурса для молодых женщин-ученых, организованного лабораторией Querrey inQbation Lab Северо-Запада. Она выступит 5 марта перед Женским советом Северо-Запада, соревнуясь с семью другими исследователями.

Партнерство с StormTrap, LLC позволило команде оценить эффективность технологии и быстро перейти от лабораторных исследований к производству. Использование платформы в реальных сценариях станет важным следующим шагом, поскольку Матушевски работала в контролируемой среде, в которой каждый загрязнитель имел одинаковую относительную концентрацию.

Следующий этап поможет им определить количество минералов, которое может удерживать губка, и позволит им сотрудничать с другими исследователями Северо-Запада, работающими над созданием более чистых водных путей.

Ранее исследование ученых из Института Silent Spring показало, что около трети населения США подвергается воздействию нерегулируемых загрязняющих веществ в питьевой воде, способных навредить здоровью. Кроме того, латиноамериканские и чернокожие сообщества испытывают непропорционально серьезные последствия, сталкиваясь с более высокими уровнями опасных загрязняющих веществ.