Ако изсипем парченца ръжда във водата, ще я замърсим още повече. Изследователи обаче разработиха специални наночастици от железен оксид, които наричат "умна ръжда" и които всъщност я правят по-чиста. В зависимост от покритието на частиците "умната ръжда" може да привлича много вещества, включително нефт, нано- и микропластмаси, както и хербицида глифозат. И тъй като наночастиците са магнитни, те могат лесно да бъдат отстранени от водата с магнит наред със замърсителите. Сега екипът съобщава, че е усъвършенствал частиците до такава степен, че да улавят естрогенните хормони, които са потенциално вредни за водните организми.

Специалистите от университета на Ерланген-Нюрнберг са представили резултатите от изследването си на конференцията на Американското химическо дружество (ACS).

"Нашата "умна ръжда" е евтина, нетоксична и може да се рециклира", казва д-р Маркус Халик, главен изследовател на проекта. "И ние демонстрирахме използването ѝ за всички видове замърсители, показвайки, че техниката притежава потенциала драстично да подобрява пречистването на водата.“

В продължение на много години изследователският екип на Халик проучва екологично чисти начини за отстраняване на замърсители от водата. Основните материали, които използват, са наночастици от железен оксид в суперпарамагнитна форма, което означава, че те се привличат от магнити, но не и една от друга, така че частиците не се събират.

За да ги направи "умни", екипът разработва техника за прикрепване на молекули фосфонова киселина към сферите с нанометрични размери. "След като добавим слой от молекулите към ядрата от железен оксид, те изглеждат като косъмчета, стърчащи от повърхността на тези частици", казва Халик, който работи в университета "Фридрих Алекзандър" в Ерланген-Нюрнберг. Впоследствие, променяйки онова, което е свързано от другата страна на фосфоновите киселини, изследователите могат да настроят свойствата на повърхностите на наночастиците, за да адсорбират силно различни видове замърсители.

Ранните версии на "умната ръжда" улавят суров петрол от вода, събрана от Средиземно море, и глифозат от езерна вода в близост до университета на изследователите. Освен това екипът демонстрира, че умната ръжда може да отстранява нано и микропластмаси, добавени към проби от лабораторна и речна вода.

За момента екипът се е насочил към замърсители, които се срещат предимно в големи количества. Лукас Мюлер, дипломант, който представя нова работа на срещата, иска да знае дали може да модифицира ръждивите наночастици, за да привличат следи от замърсители, като например хормони. Когато някои от хормоните на човешкия организъм се отделят, те се отмиват в отпадъчните води и в крайна сметка попадат във водните пътища. Естествените и синтетичните естрогени са една такава група хормони, а основните източници на тези замърсители включват отпадъци от хора и животни. Количествата на естрогените в околната среда са много малки, казва Мюлер, така че те трудно се отстраняват. И все пак е доказано, че дори тези нива влияят върху метаболизма и възпроизводството на някои растения и животни, въпреки че въздействието на ниските нива на тези съединения върху хората за дълъг период от време не е напълно известно.

"Започнах с най-разпространения естроген - естрадиол, и след това с четири други производни, които имат сходна молекулна структура", казва Мюлер. Молекулите на естрогена имат обемисто стероидно тяло и части с лек отрицателен заряд. За да използва и двете характеристики, той покрива наночастици от железен оксид с два набора съединения: един, който е дълъг, и друг, който е положително зареден. Двете молекули се организирали върху повърхността на наночастиците и изследователите предполагат, че заедно те изграждат милиарди "джобове", които привличат естрадиола и го задържат на място.

Тъй като тези джобове са невидими с просто око, Мюлер използва високотехнологични инструменти, за да се увери, че съществуват. Предварителните резултати показват ефикасно извличане на хормоните от лабораторни проби, но изследователите трябва да извършат допълнителни експерименти - например ядрено-магнитната резонансна спектроскопия в твърдо състояние и неутронното разсейване под малък ъгъл -  за да потвърдят хипотезата за джобовете. "Опитваме се да използваме различни парчета от пъзела, за да разберем как всъщност молекулите се сглобяват върху повърхността на наночастиците", обяснява Мюлер.

В бъдеще екипът ще тества тези частици върху реални водни проби и ще определи колко пъти могат да бъдат използвани повторно. Тъй като всяка наночастица има голяма повърхност с много джобове, изследователите твърдят, че би трябвало да могат да премахват естрогени от множество водни проби, като по този начин намаляват разходите за едно почистване. "Чрез многократното рециклиране на тези частици материалното въздействие от настоящия метод за пречистване на водата може да стане много малко", заключава Халик.

Източник: Phys.org