Новый гидрогель индийских ученых удаляет микропластик из воды
Решение остро стоящей проблемы загрязнения воды микропластиком с помощью удаления его специально разработанным ими устойчивым 3D-гидрогелем, предложили исследователи из Индийского института науки (IISc), 12 апреля сообщила пресс-служба института.
Микропластик, который может увеличить риск заболеваний человека, способен попасть в наш организм, например, через воду, которую мы пьем. Он опасен и для окружающей среды, при том что уже сумел добраться до самых удаленных и безлюдных уголков нашей планеты. Его обнаруживают и в полярных ледниковых шапках, и в глубоких океанских впадинах.
Гидрогель для удаления микропластика из воды, который разработали индийские ученые, способен эффективно бороться с этим всё шире распространяющимся загрязнителем за счет своей уникальной структуры. Она представляет собой переплетенную полимерную сеть, которая сначала связывает загрязняющие микрочастицы пластика, а потом они под воздействием ультрафиолетового излучения разлагаются на безопасные элементы.
Ранее предложенные учеными фильтрующие мембраны для удаления микропластика со временем могут засориться его крошечными частицами, что снизит их эффективность. Поэтому команда исследователей IISc, работающая под руководством профессора кафедры инженерии материалов Сурьясарати Бозе, обратилась к 3D-гидрогелям.
Команда создала матрицу своего гидрогеля в виде трех переплетенных вместе различных полимерных слоев — хитозана, поливинилового спирта и полианилина. Эти переплетенные слои создали архитектуру взаимопроникающей полимерной сети (IPN).
После чего исследователи наполнили эту матрицу нанокластерами Cu-POM (полиоксометаллат — заменитель меди), выступающими как катализаторы, которые усиливают воздействие УФ-излучения для последующего разложения микропластика. Объединение полимерной сети с нанокластерами сформировало прочный гидрогель, способный адсорбировать и разлагать большое количество микропластика.
Для исследования способности нового гидрогеля бороться с микропластиком, ученые сначала получили его образцы, раздробив крышки пищевых контейнеров и некоторые другие пластиковые изделия повседневного применения из поливинилхлорида (ПВХ) и полипропилена (ПП), использовав их как источники наиболее распространенного в природе микропластика.
Однако еще одной проблемой в процессе борьбы с микропластиком является его обнаружение, ведь эти микрочастицы невозможно увидеть невооруженным глазом. Для ее решения исследователи добавили к микропластику флуоресцентный краситель, который помог им оценить способности геля адсорбировать и разлагать микропластик при различных внешних условиях.
«Мы проверили удаление микропластика при разных уровнях pH воды, разных температурах и разных концентрациях микропластика», — рассказал о ходе эксперимента его участник, постдокторант Суми Дутта.
Исследователи установили высокую эффективность гидрогеля: он оказался способен удалять около 95% ПВХ- и 93% ПП-микропластика в воде при pH, близком к нейтральному (~6,5).
Кроме того, был проведен ряд экспериментов по проверке прочности и долговечности нового материала. Они показали, что выбранная комбинация трех полимеров делает гель стабильным при различных температурах.
«Мы хотели создать более экологичный материал, который можно было бы использовать повторно», — пояснил решаемую задачу Бозе. Оказалось, что гидрогель выдерживает до пяти циклов удаления микропластика без существенной потери эффективности.
Также, когда гидрогель выработает свой ресурс, его, по словам Бозе, можно перепрофилировать в углеродные наноматериалы, которые смогут удалять из загрязненной воды тяжелые металлы, такие как шестивалентный хром.
Результаты исследования нового гидрогеля ученые IISc представили в статье «Тройные гидрогели IPN на основе полиоксометаллатных нанокластеров для превосходного удаления микропластика из загрязненной воды: обнаружение, фотодеградация и утилизация», опубликованной в журнале Nanoscale.
В дальнейших планах ученых масштабировать для промышленного производства технологию изготовления 3D-гидрогелей и устройств, которые будут осуществлять с его помощью очистку различных источников воды от микропластика.
