Наночастицы железа очистили подземную воду от мышьяка почти на 100%
Ученые разработали наноматериал, который извлекает мышьяк, сурьму и селен из подземных вод и превращает их в устойчивые минералы внутри частиц железа. По стабильности он до 98 раз превзошел обычное наноразмерное железо.
МОСКВА, 7 сентября /Новости науки/. Китайские ученые создали наночастицы железа для долговременной очистки подземных вод от токсичных металлоидов. Исследование опубликовано 5 сентября в журнале Nature Communications.
Мышьяк и другие металлоиды обычно присутствуют в воде в составе соединений с кислородом. Их можно задержать на поверхности фильтра, однако при изменении химических условий загрязнители способны снова попасть в воду. Новый материал не просто собирает опасные вещества, а связывает их внутри наночастиц в форме устойчивых минералов.
Основой материала стало наноразмерное железо с измененной электронной структурой. Оно облегчает разрыв связей между атомами металлоидов и кислородом, после чего мышьяк проникает внутрь частиц и закрепляется там. Эффективность удаления загрязнителя приблизилась к 100%, практически все электроны железа участвовали в полезной реакции, а около 94% мышьяка оказалось минерализовано внутри наночастиц.
Исследователи изучили тысячи отдельных частиц и установили, что способ подходит также для соединений сурьмы и селена. Лучше всего внутрь материала проникали вещества с так называемыми сигма-связями, тогда как соединения с пи-связями минерализовались менее эффективно.
Испытания в разных составах подземной воды показали, что загрязнители удерживаются в новом материале значительно дольше. В некоторых условиях его устойчивость оказалась в 98 раз выше, чем у обычных частиц нулевалентного железа. Ученые также изготовили материал в крупном масштабе и проверили его работу в проницаемом реактивном барьере — подземном слое, через который загрязненная вода проходит естественным образом. Утечка железа и серы при этом оставалась минимальной.
Подземные воды во многих регионах мира загрязнены мышьяком природного или промышленного происхождения. Длительное употребление такой воды связано с поражением внутренних органов и повышенным риском развития ряда заболеваний. Проницаемые реактивные барьеры позволяют очищать водоносные горизонты непосредственно под землей, но срок их службы зависит от того, насколько прочно фильтрующий материал удерживает загрязнители.
Мышьяк и другие металлоиды обычно присутствуют в воде в составе соединений с кислородом. Их можно задержать на поверхности фильтра, однако при изменении химических условий загрязнители способны снова попасть в воду. Новый материал не просто собирает опасные вещества, а связывает их внутри наночастиц в форме устойчивых минералов.
Основой материала стало наноразмерное железо с измененной электронной структурой. Оно облегчает разрыв связей между атомами металлоидов и кислородом, после чего мышьяк проникает внутрь частиц и закрепляется там. Эффективность удаления загрязнителя приблизилась к 100%, практически все электроны железа участвовали в полезной реакции, а около 94% мышьяка оказалось минерализовано внутри наночастиц.
Исследователи изучили тысячи отдельных частиц и установили, что способ подходит также для соединений сурьмы и селена. Лучше всего внутрь материала проникали вещества с так называемыми сигма-связями, тогда как соединения с пи-связями минерализовались менее эффективно.
Испытания в разных составах подземной воды показали, что загрязнители удерживаются в новом материале значительно дольше. В некоторых условиях его устойчивость оказалась в 98 раз выше, чем у обычных частиц нулевалентного железа. Ученые также изготовили материал в крупном масштабе и проверили его работу в проницаемом реактивном барьере — подземном слое, через который загрязненная вода проходит естественным образом. Утечка железа и серы при этом оставалась минимальной.
Подземные воды во многих регионах мира загрязнены мышьяком природного или промышленного происхождения. Длительное употребление такой воды связано с поражением внутренних органов и повышенным риском развития ряда заболеваний. Проницаемые реактивные барьеры позволяют очищать водоносные горизонты непосредственно под землей, но срок их службы зависит от того, насколько прочно фильтрующий материал удерживает загрязнители.
