Rice Universitys forskare har utvecklat något som liknar Venus flugfälla av partiklar för vattensanering.

Mikronstora sfärer skapade i Rice miljöingenjör Pedro Alvarez labb är byggda för att fånga och förstöra bisfenol A (BPA), en syntetisk kemikalie som används för att tillverka plast.

Forskningen är detaljerad i tidskriften American Chemical Society Miljövetenskap och teknik .

BPA används ofta för att belägga insidan av matburkar, flasktoppar och vattenledningar, och var en gång en komponent i nappflaskor. Medan BPA som sipprar in i mat och dryck anses vara säkert i låga doser, långvarig exponering misstänks påverka barns hälsa och bidra till högt blodtryck.

Den goda nyheten är att reactive oxygen species (ROS) – i det här fallet, hydroxylradikaler – är dåliga nyheter för BPA. Billig titandioxid frigör ROS när den utlöses av ultraviolett ljus. Men eftersom oxiderande molekyler bleknar snabbt, BPA måste vara tillräckligt nära för att attackera.

Det är där fällan kommer in.

Närbild, sfärerna uppenbarar sig som blomliknande samlingar av kronblad av titandioxid. De smidiga kronbladen ger massor av ytarea för risforskarna att förankra cyklodextrinmolekyler.

Cyklodextrin är en godartad sockerbaserad molekyl som ofta används i mat och läkemedel. Den har en tvåsidig struktur, med en hydrofob (vattenundvikande) hålighet och en hydrofil (vattenattraherande) yttre yta. BPA är också hydrofobt och attraheras naturligt till kaviteten. Väl instängd, ROS som produceras av sfärerna bryter ner BPA till ofarliga kemikalier.

I labbet, forskarna fastställde att 200 milligram av sfärerna per liter förorenat vatten bröt ner 90 procent av BPA på en timme, en process som skulle ta mer än dubbelt så lång tid med oförstärkt titandioxid.

Arbetet passar in i teknik som utvecklats av det Rice-baserade och National Science Foundation-stödda Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment eftersom sfärerna självmonteras av titandioxid nanosheets.

"De flesta av de processer som rapporteras i litteraturen involverar nanopartiklar, ", sade Rice-studenten och huvudförfattaren Danning Zhang. "Storleken på partiklarna är mindre än 100 nanometer. På grund av deras mycket lilla storlek, de är mycket svåra att återhämta sig från suspension i vatten."

Rispartiklarna är mycket större. Där en 100 nanometer partikel är 1, 000 gånger mindre än ett människohår, den förstärkta titandioxiden är mellan 3 och 5 mikron, bara cirka 20 gånger mindre än samma hår. "Det betyder att vi kan använda lågtrycksmikrofiltrering med ett membran för att få tillbaka dessa partiklar för återanvändning, " sade Zhang. "Det sparar mycket energi."

Eftersom ROS också sliter ner cyklodextrin, sfärerna börjar förlora sin fångstförmåga efter cirka 400 timmars fortsatt exponering för ultraviolett ljus, sa Zhang. Men när man väl återhämtat sig, de kan enkelt laddas.

"Detta nya material hjälper till att övervinna två betydande tekniska barriärer för fotokatalytisk vattenbehandling, " sa Alvarez. "Först, det förbättrar behandlingseffektiviteten genom att minimera rensningen av ROS av icke-målbeståndsdelar i vatten. Här, ROS används främst för att förstöra BPA.

"Andra, det möjliggör billig separation och återanvändning av katalysatorn, bidrar till lägre behandlingskostnader, ", sa han. "Detta är ett exempel på hur avancerade material kan hjälpa till att omvandla akademiska hypes till genomförbara processer som förbättrar vattensäkerheten."