Nanoteknik har utvecklats enormt under det senaste decenniet och kunde skapa många nya material med ett stort utbud av potentiella applikationer. Kolnanorör är ett exempel på dessa nya material och består av cylindriska kolmolekyler med diametrar på några nanometer - en nanometer är en miljonedel av en millimeter. Kolnanorör har exceptionell elektronisk, mekaniska och kemiska egenskaper, de kan till exempel användas för att rengöra förorenat vatten. Forskare vid universitetet i Wien hade nyligen publicerat denna nya forskning i Miljövetenskap och teknik .
Bland många potentiella applikationer, kolnanorör är bra kandidatmaterial för rengöring av förorenat vatten. Många vattenföroreningar har mycket hög affinitet för kolnanorör och föroreningar kan avlägsnas från förorenat vatten genom filter gjorda av detta nanomaterial, till exempel vattenlösliga läkemedel som knappast kan separeras från vatten med aktivt kol. Problem på grund av filtermättnad kan minskas eftersom kolnanorör har en mycket stor ytarea (t.ex. 500 m 2 per gram nanorör) och följaktligen en mycket hög kapacitet att behålla föroreningar. "Underhåll och avfall i samband med vattenföroreningar kan således minskas", säger Thilo Hofmann, Vice dekan vid fakulteten för geovetenskap, Geografi och astronomi vid universitetet i Wien.
Bedömning av kolnanorörens miljömässiga hållbarhet
Mycket forskning har fokuserat på kolnanorör under det senaste decenniet. Dock, kolnanorörens exceptionella egenskaper gör dem svåra att studera. Standardmetoder ger begränsade resultat och kolnanorörens beteende under realistiska förhållanden är fortfarande dåligt förstått. "Innovativ teknik har alltid fördelar och nackdelar för mänsklig och miljömässig kvalitet och en god förståelse för samspelet mellan föroreningar och kolnanorör samt hur kolnanorör beter sig i miljön är avgörande innan de kan användas i filter", förklarar Mélanie Kah, som forskar om detta projekt tillsammans med Xiaoran Zhang.
Ett forskargrupp vid Institutionen för miljögeovetenskap vid universitetet i Wien forskar för närvarande om ämnet. De utvecklade en metod som kallas "passiv provtagning". Data som produceras med denna nya metod är mycket mer tillförlitliga för realistiska applikationer eftersom de innehåller koncentrationer som sannolikt kommer att inträffa i miljön (i allmänhet mycket låga). Detta var inte möjligt med klassiska metoder som bara kan hantera förhöjda koncentrationer.
Experimenten publiceras nu i den internationellt erkända tidskriften Miljövetenskap och teknik tog mer än ett år. Först, "passiv provtagningsmetod" utvecklades som gör det möjligt att mäta affiniteten hos en kategori av cancerframkallande föroreningar - dvs polycykliska aromatiska kolväten (PAH) - till kolnanorör. "Serier av tester som använder analytisk kemi och elektronmikroskopi utfördes med medarbetare från University of Utrecht i Nederländerna, för att säkerställa att metoden är lämplig, pålitlig och optimerad för kolnanorör ", illustrerar Thilo Hofmann. När det väl validerats, "passiv provtagningsmetod" användes för att mäta affinitet (absorption och adsorption) av flera föroreningar (PAH) till kolnanorör över ett mycket brett koncentrationsintervall.
Föroreningar kämpar för en plats på kolnanorör
En annan aspekt som forskarna vid Institutionen för miljögeovetenskap undersöker är fenomenet konkurrens mellan föroreningar. Många kemikalier existerar ofta i miljön, särskilt i förorenade vattendrag. Om tävling uppstår, det betyder att en förorening inte får fästa vid kolnanorör om det finns bättre konkurrenter. Konkurrens är inte acceptabelt för filterapplikation eftersom filtrets effekt varierar beroende på mängd och typ av föroreningar som finns. Att studera tävling ger också information om sorptionsmekanismer.
Att använda klassiska tekniker med relativt höga koncentrationer visade att konkurrensen kan vara mycket stark när tre PAH finns tillsammans med kolnanorör. Omvänt, experiment med "passiv provtagningsmetod" vid koncentrationer som sannolikt kommer att inträffa i miljön visade att ingen tävling uppstår om 13 PAH anses tillsammans. Detta exempel belyser vikten av att utveckla och använda experimentella metoder för att producera resultat som är relevanta för miljöförhållanden. Det finns fortfarande många frågor att besvara för att fullt ut utvärdera kolnanorörens potential att rengöra förorenat vatten. "Vi fortsätter att arbeta med ämnet och resultaten av våra senaste experiment kommer snart att presenteras på internationella konferenser", avslutar miljögeovetaren, Thilo Hofmann.
