Kolnanorör som är immobiliserade i en kvastfiber har förmågan att ta bort giftiga tungmetaller från vatten, enligt forskare vid Rice University.

Prisbelönta filter producerade i labbet av riskemisten Andrew Barron av dåvarande gymnasieelever och huvudförfattare Perry Alagappan absorberar mer än 99 procent av metaller från prover fyllda med kadmium, kobolt, koppar, kvicksilver, nickel och bly. En gång mättad, filtren kan tvättas med en mild hushållskemikalie som ättika och återanvändas.

Forskarna beräknade att ett gram av materialet kunde behandla 83, 000 liter förorenat vatten för att uppfylla Världshälsoorganisationens normer - tillräckligt för att tillgodose 11 dagliga behov 000 personer.

Laboratoriets analys av de nya filtren visas denna månad i Nature's open-access Vetenskapliga rapporter .

De robusta filtren består av kolnanorör som odlas på plats på kvartsfibrer som sedan epoxideras kemiskt. Laboratorietester visade att uppskalade versioner av filtren "understödda epoxiderade kolnanorör" (SENT) visade sig kunna behandla 5 liter vatten på mindre än en minut och förnyas på 90 sekunder. Materialet behöll nästan 100 procent av sin kapacitet att filtrera vatten i upp till 70 liter per 100 gram SENT, varefter de ingående metaller kan extraheras för återanvändning eller förvandlas till ett fast ämne för säkert bortskaffande.

Medan kvartssubstratet ger filtret form och kolnanorörshöljet gör det tufft, epoxideringen via en oxiderande syra verkar vara mest ansvarig för att adsorbera metallen, bestämde de.

Alagappan, nu student på Stanford University, inspirerades att starta projektet under en resa till Indien, där han lärde sig om förorening av grundvatten från massor av elektroniskt avfall - telefoner, datorer och liknande - som felaktigt hamnar på deponier.

"Perry kontaktade mig och ville få erfarenhet av laboratorieforskning, "Barron sa." Eftersom vi hade ett pågående projekt startat av Jessica Heimann, en kandidatexamen som tog en termin vid Jacobs University Bremen, det här var en perfekt matchning. "

Barron sa att råvarorna till filtret är billiga och påpekade att omvandlingen av ättiksyra till ättika är allestädes närvarande över hela världen, vilket bör förenkla processen att återvinna filtren för återanvändning även på avlägsna platser. "Varje kultur på planeten vet hur man gör ättika, " han sa.

"Detta skulle få den största sociala inverkan på byar i skala som kan behandla vatten i fjärran, utvecklingsregioner, "Sa Barron." Men det finns också potential att skala upp metallutvinning, i synnerhet från mitt avloppsvatten. "

Alagappans forskning vann en rad utmärkelser medan han fortfarande var gymnasieelever i Clear Lake, en förort till Houston, samt en besökande student i Barrons rislabb. Först var toppriset för miljövetenskap på Science and Engineering Fair i Houston 2014. Det kvalificerade honom att delta i Intel International Science and Engineering Fair i Los Angeles nästa år, där han också tog det bästa miljöpriset.

Han startade det till toppriset vid Stockholm Junior Water Prize 2015, där kronprinsessan i Sverige gav honom äran.

"Det har varit en enorm ära att bli erkänd på internationell nivå för denna forskning, och jag är tacksam för möjligheten att arbeta med detta projekt tillsammans med en så begåvad grupp människor, "Alagappan sa." Jag uppskattade också särskilt att få träffa andra unga forskare på Intel International Science Fair och Stockholm Junior Water Prize, som inspirerade mig med sitt fasta engagemang för att lyfta samhället genom vetenskap och teknik. "