Tízezer ember napi ivóvizét tisztítja meg egy grammnyi nehézfémszűrő

A fejlődő világban sok helyen nemcsak a vízhiány, hanem a meglévő vizek szennyezettsége is óriási probléma. Amerikai tudósok olyan vattaszerű anyagot fejlesztettek ki, amely a nehézfémszennyezés 99 százalékát eltávolítja az ivóvízből.

A Rice University (Houston, Texas) kutatói bemutatták, hogy ha kvarcszálakból álló szövetre szén nanocsövecskéket visznek fel, az így előálló, kemény fekete vattához hasonlító szűrő megköti és eltávolítja az ivóvizeket mérgező nehézfémszennyezést. A fejlődő világ sok részén a tiszta, iható víz az egyik legbecsesebb természeti kincs, és a vizek fogyaszthatóságát sokszor a szemétlerakókból a talajba, majd onnan a vízkészletekbe szivárgó nehézfémszennyezés korlátozza. A vízszűrő anyag többszörösen díjazott felfedezője, az ifjú Perry Alagappan egy indiai látogatása során szembesült azzal, hogy a szabálytalanul tárolt elektronikus hulladék miként mérgezi meg sok millió ember ivóvízkészletét.

A szűrő kifejlesztésekor Alagappan még középiskolásként járt be dolgozni a Rice University-re, Andrew Barron vegyészprofesszor laborjába. A kiemelkedően tehetséges diák azóta már a rangos Stanford Egyetem hallgatója.

A Barron-labor a Nature-lapcsoport szabad hozzáférésű folyóiratának, a Scientific Reports-nak e havi számában mutatja be a kvarcszálakra immobilizált széncsövecskéken alapuló szűrőanyagot. Cikkükben arról számolnak be, hogy

a szűrő a kadmiummal, kobalttal, rézzel, higannyal, nikkellel és ólommal szennyezett vízmintákból több mint 99 százalékban eltávolította valamennyi nehézfémet.

Ráadásul a filtert akkor se kell eldobni, ha telítődik: elég híg ecetes oldattal átöblíteni – természetesen gondoskodva a szennyezést tartalmazó mosófolyadék megfelelő kezeléséről –, és megtisztulva máris újra használható.

Egyetlen grammnyi szűrő is csodákra képes

A kutatók számítása szerint az anyag egyetlen grammja 83 ezer liternyi szennyezett vizet tud olyan hatékonysággal megtisztítani, hogy az már megfeleljen az Egészségügyi Világszervezet ivóvíz-szabványának.

Ez a mennyiség 11 ezer ember napi vízellátását biztosítja.

A nagy teljesítményű szűrők előállításához finom kvarcszálakra szén nanocsövecskéket növesztenek, majd a nanocsöveket az epoxidizálásnak nevezett kémiai eljárással módosítják. A laboratóriumi tesztek azt mutatták, hogy a hordozóra vitt és epoxidizált szén nanocsöves (SENT, supported-epoxidized carbon nanotube) szűrőkkel 5 liter víz kezelése kevesebb mint 1 percet vesz igénybe, és a szűrő regenerálása sem tart tovább 90 másodpercnél. Egy 100 grammos SENT szűrő még 70 liter víz megtisztítása után is csaknem száz százalékos szűrési hatékonysággal dolgozik. A telített szűrőből a regenerálás során a nehézfémeket kimossák, amelyek újra is hasznosíthatók, vagy szilárd, biztonságos hulladékkezelésre alkalmas formába hozhatók. A regenerálással megtisztított szűrő természetesen újra munkára fogható, és pont olyan jól működik, mint azelőtt.

Forrás: Barron Research Group/Rice University

A kvarc hordozóanyag biztosítja a szűréshez szükséges nagy fajlagos felületű, átjárható szerkezetet, amely a szén nanocsövekkel való bevonás hatására az eredeti vattaszerű állagnál keményebbé, merevebbé válik. A fémionok megkötéséért ugyanakkor az oxidáló savval történő kezelés a felelős, amely reaktív epoxi-csoportokat alakít ki a nanocsövek felszínén.

Fiatal kutató munkájának gyümölcse

Külön érdekesség, hogy a jelentős felfedezés egy nagyon fiatal kutató munkájának gyümölcse. „Perry még gimnazistaként keresett meg engem azzal, hogy szeretne tapasztalatot szerezni a laboratóriumi kutatás terén – mesélte Barron. – Az egyik futó projektünkben épp üresedés támadt, mert Jessica Heimann nevű hallgatóm egy szemeszter erejéig itt hagyott bennünket, hogy a brémai Jacobs Egyetemen vendégeskedjék. A hely kínálta magát Perry számára."

Barron kiemelte, hogy a szűrő gyártásához szükséges alapanyagok olcsók, és a tisztítása is egyszerű. „A világ valamennyi kultúrája ismeri az ecetkészítés fortélyát" – utalt arra a professzor, hogy a regeneráláshoz használt ecet előteremtése még a földgolyó legeldugottabb sarkaiban sem okozhat gondot.

„A találmánynak a fejlődő régiók világtól elzárt kistelepülésein lehet a legjelentősebb társadalmi hatása, mert lehetővé teszi a víz helyben történő kezelését – fejtette ki Barron. – Ugyanakkor a technológiában benne rejlik a nehézfémek ipari léptékű visszanyerésének lehetősége is, különösen bányalúgokból."

Alagappan még javában a középiskolai padot koptatta Houston egyik elővárosában, Clear Lake-ben, amikor megkezdte kutatómunkáját Barron egyetemi laboratóriumában, de a jelentős elismerések nem sokáig várattak magukra. Az első komoly visszaigazolás a 2014-es houstoni Nemzetközi Tudományos és Mérnöki Vásár környezetvédelmi fődíja formájában érkezett. Ez a díj tette lehetővé számára, hogy részt vegyen a következő évben a Los Angeles-i Intel Nemzetközi Tudományos és Mérnöki Vásáron, ahonnan ismét elhozta a környezetvédelmi szekció fődíját. A legbüszkébb azonban a 2015-ös stockholmi Junior Water Prize első díjára, amelyet magától a svéd koronahercegnőtől vehetett át.

Hatalmas megtiszteltetés számomra a kutatásainkat övező nemzetközi szintű elismerés, és hálás vagyok a lehetőségért, hogy ilyen tehetséges kollégákkal dolgozhatom együtt ezen a projekten

– nyilatkozta Alagappan. – Különösen nagy örömöt jelentett, hogy találkozhattam olyan más fiatal kutatókkal az Intel Nemzetközi Tudományos Vásáron és a stockholmi Junior Water Prize alkalmával, akik szilárd elkötelezettségükkel, társadalmunknak a tudomány és technika általi felemelhetőségébe vetett hitükkel inspirálóan hatottak rám."