Färgämnen används ofta i industrier som textilier, kosmetika, Livsmedelsbearbetning, papperstillverkning och plast. Globalt, vi producerar cirka 700, 000 ton – vikten av två Empire State Buildings – färgämne varje år för att färga våra kläder, ögonskugga, leksaker och varuautomatgodis.

Under tillverkningen, ungefär en tiondel av alla färgämnen släpps ut i avfallsströmmen. De flesta av dessa färgämnen slipper konventionella avloppsvattenreningsprocesser och stannar kvar i miljön, når ofta sjöar, floder och dammar, och förorenar vattnet för de vattenlevande växterna och djuren som lever där. Även bara lite tillsatt färg kan blockera solljus och förhindra växternas fotosyntes, som stör hela det akvatiska ekosystemet.

Ett team ledd av University of Washington har skapat ett miljövänligt sätt att ta bort färg från färgämnen i vatten på några sekunder. Tekniken beskrevs i en tidning som publicerades online i juni i tidskriften Tillämpad katalys B:Miljömässig .

"En liten mängd färg kan förorena en stor volym vatten, så vi behövde hitta ett sätt att mycket snabbt och effektivt ta bort färgen, " sa seniorförfattaren Anthony Dichiara, en biträdande professor i bioresursvetenskap och teknik vid UW School of Environmental and Forest Sciences. "Vi var ganska imponerade av vad vi kunde åstadkomma."

Forskargruppen utvecklade en metod som tar bort färg från vatten med hjälp av ett svampliknande material som de skapat av trämassa och små metallbitar. Cellulosa, huvudstrukturen i växtcellväggar och det vanligaste naturliga materialet på jorden, utgör ryggraden i materialet, som är dekorerad med små bitar av palladium. Denna metall fungerar som en katalysator för att ta bort färg snabbt.

Istället för att ta bort färg från vatten, forskargruppen försökte ändra färgen på färgämnena till något som faller utanför vad vi kan se i det synliga spektrumet. En kemisk reaktion kan, till exempel, stör den röda färgen och få den att verka tydlig, eller färglös. När det gäller färgavfallsprodukter som på konstgjord väg färgar vattnet i sjöar och förhindrar fotosyntes, att ändra färgen från rött till klart bör tillåta växter att växa normalt igen.

Den kemiska reduktionen av färgämnen med hjälp av molekyler som kallas "reduktionsmedel" kan förändra färgämnets struktur och ändra dess färg från rött eller blått till klart. Dock, reaktionen är inte särskilt effektiv och kan ta veckor innan den inträffar. UW:s material innehåller en katalysator som arbetar med reduktionsmedlet för att påskynda denna process till nästan ögonblicklig.

I den nya tidningen, forskarna beskriver den enkla och hållbara process de utvecklat för att göra det färgavlägsnande materialet. Forskarna kombinerade cellulosamolekyler med palladiummetall, värmde lösningen och blandade den i en mixer. Sedan renade de och frystorkade materialet så att det blev poröst, återanvändbart ämne. Den resulterande svampen består av mer än 99 procent luft - dess stora porer tillåter vatten att flöda in och ut, medan metallkatalysatorpartiklarna i materialet arbetar för att avlägsna eventuell färg som finns.

Precis som en riktig svamp, materialet kan pressas ur vattnet och återanvändas flera gånger utan att förlora förmågan att ta bort färg från vattnet. Forskarna säger att det är svårt att göra ett så lätt material som är felfritt efter många omgångar av klämning och filtrering, speciellt när svampen måste behålla sin schweizisk ostliknande struktur smält med färgreducerande partiklar.

Forskarna testade sin svamp i labbet med blå och röda färgämnen som vanligtvis finns i textilindustrin. De hällde det färgade vattnet – redan blandat med den befintliga molekylen som hjälper till att minska färgen – över svampen. När vätskan passerade genom materialet, det resulterande vattnet var klart. I ett annat test, de virvlade svampmaterialet inuti en burk som innehöll blåfärgat vatten, och efter ca 10 sekunder försvann färgen.

Utanför labbtester, forskarna säger att många små svampliknande material kan släppas ut i en sjö som är förorenad med färgämne, tillsammans med molekylen för att minska färgen. På samma sätt som att snurra en tepåse runt en mugg, svamparna kan dras runt sjön tills all färg försvinner.

"Bara en liten mängd färg kan förändra färgen på en sjö dramatiskt, " Dichiara sa. "Denna metod kan fungera bra när du har låga koncentrationer av färgämne i vatten som du behöver ta hand om väldigt snabbt."