Med en ny nanopartikel som omvandlar ljus till värme, ett team av forskare har hittat en lovande teknik för att rensa vatten från föroreningar.

Spåra mängder föroreningar som bekämpningsmedel, läkemedel och perfluoroktansyra i dricksvattenkällor har medfört betydande hälsorisker för människor de senaste åren. Dessa mikropollutanter har undvikit konventionella behandlingsprocesser, men vissa kemiska processer som vanligtvis involverar ozon, väteperoxid eller UV -ljus har visat sig vara effektivt. Dessa processer, dock, kan vara dyrt och energikrävande.

En ny nanopartikel skapad av Yale University-ingenjörer som en del av ett försök för det risbaserade Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT) kan leda till teknik som tar sig runt dessa begränsningar. Partikeln beskrivs i en studie som publicerades den här veckan i Förfaranden från National Academy of Sciences .

NEWT är ett nationellt forskningscentrum etablerat av Rice, Yale och andra 2015, och Yales Jaehong Kim, ledande forskare och skapare av den nya nanopartikeln, samarbetade i projektet med Rices Naomi Halas, NEWT:s forskningsledare för nanofotonik.

Forskare inom flera områden har visat intresse för guldnanopartiklar för sina fototermiska och fotokatalytiska egenskaper, som har visat sig vara ett effektivt verktyg för sådana användningsområden som cancerterapi. Det har de inte, fastän, tänkt mycket på vattenreningsinsatser, delvis på grund av svårigheten att sprida nanopartiklar i vatten utan stabiliseringsmedel som inte är bra för vattenbehandlingsapplikationer. NEWT -forskarna hittade ett sätt att fixa det genom att designa och syntetisera "Janus" guldnanoroder. Dessa nanopartiklar, var hundratals gånger mindre än bredden på ett människohår, är halvbelagda med kiseldioxid. Detta designelement är kritiskt, eftersom den kiseldioxidbelagda halvan tillåter varje nanorod att förbli separat från de andra och hängande i vattnet.

"Vi började med guldnanopartiklar och undersökte sedan ett sätt att stabilisera dem på olika sätt, "sa Kim, Henry P. Becton Sr.Professor och ordförande för Yales institution för kemi- och miljöteknik. "Så vi kom på Janus -designen, där vi bara täcker en del med kiseldioxiden. Med denna partiella beläggning, de sprids i vatten riktigt bra, och det är mycket användbart för den här typen av applikationer. "

Nanoroderna absorberar intensiva ljusnivåer och omvandlar det till värme lokaliserad på ytorna - en process som är mycket mer effektiv än att värma hela volymen vatten. Och eftersom det använder solljus, metoden är billig och hållbar. Samma del av nanoroden fungerar också som en elektronöverföringskatalysator för att främja förstörelse av mikropollutanter.

"Den uppnår olika funktioner - särskilt genom att använda solstrålningen för att producera mycket lokaliserad värme, "Sa Kim." Det här är den första demonstrationen av att använda just de fenomenen för att förstöra föroreningar. "

Hallå, Rices Stanley C. Moore professor i el- och datateknik och chef för Rices laboratorium för nanofotonik, spelade nyckelrollen för att belysa de komplexa mekanismerna för hur de fototermiska och fotokatalytiska reaktionerna sker på denna unika nanopartikel.

"Det här är verkligen nanoengineering när det är som bäst, en ny nanopartikel utformad för att lösa ett viktigt problem i en miljö som annars skulle vara omöjlig, Sa Halas.

Kim noterade att forskningen fortfarande är i sin tidiga fas, och mer arbete behövs för att skala upp det för verkliga applikationer, inklusive att hitta ett material som är billigare än guld.

NEWT -direktör Pedro Alvarez, Rices George R. Brown professor i civil- och miljöteknik, kallade studien "ett bra exempel på hur framsteg inom nanoteknik kan bana ett nytt sätt att lösa vattenutmaningar."

"Det är också ett bra exempel på hur forskare inom två olika studieområden samlas under taket av NEWT för att utveckla mycket okonventionella idéer för att lösa svåra problem, " han lade till.