Nanopartiklar (översta bilden) bryter effektivt ner föroreningar och är magnetiska, vilket gör dem lätta att återvinna för återanvändning (nedre bilden). Kredit:Anpassad från ACS Applied Materials &Interfaces 2022, DOI:10.1021/acsami.1c23466
Membranfilter kräver inte mycket energi för att rena vatten, vilket gör dem populära för rening av avloppsvatten. För att hålla dessa material i toppskick rengörs de vanligtvis med stora mängder starka kemikalier, men några av dessa medel förstör membranen i processen. Nu rapporterar forskare i ACS Applied Materials &Interfaces har utvecklat återanvändbara nanopartikelkatalysatorer som innehåller glukos för att effektivt bryta ner föroreningar inuti dessa filter utan att skada dem.
Vanligtvis är smutsiga avloppsvattenfilter rena med starka syror, baser eller oxidanter. Klorhaltiga oxidanter som blekmedel kan bryta ner det mest envisa organiska skräpet. Men de skadar också polyamidmembran, som finns i de flesta kommersiella nanofiltreringssystem, och de producerar giftiga biprodukter. Ett mildare alternativ till blekmedel är väteperoxid, men det bryter ned föroreningar långsamt.
Tidigare har forskare kombinerat väteperoxid med järnoxid för att bilda hydroxylradikaler som förbättrar väteperoxidens effektivitet i en process som kallas Fenton-reaktionen. Men för att Fenton-reaktionen ska kunna rena filter behövs extra väteperoxid och syra, vilket ökar ekonomiska och miljömässiga kostnader. Ett sätt att undvika dessa ytterligare kemikalier är att använda enzymet glukosoxidas, som samtidigt bildar väteperoxid och glukonsyra från glukos och syre. Så Jianquan Luo och kollegor ville kombinera glukosoxidas och järnoxidnanopartiklar till ett system som katalyserar den Fenton-baserade nedbrytningen av föroreningar, vilket skapar ett effektivt och känsligt rengöringssystem för membranfilter.
Först jämförde forskarna avlägsnandet av organiska föroreningar från polyamidfilter med glukosoxidasenzymet och järnoxidnanopartiklar med andra rengöringsmetoder, inklusive den traditionella Fenton-reaktionen. De fann att detta tillvägagångssätt var överlägset när det gällde att bryta ned de vanliga föroreningarna bisfenol A och metylenblått, samtidigt som det bevarar mer av membranstrukturen.
Uppmuntrat av deras första resultat kombinerade teamet glukosoxidas och järnoxid till en enda nanopartikel, som förband dem med en aminobrygga.
Beredning av återanvändbara katalysatorer och scheman för den kemoenzymatiska kaskadreaktionen för rengöring av polyamid NF-membran. Kredit:ZHANG Jinxuan
Slutligen testade de den nya nanopartikelns förmåga att rengöra metylenblått-indränkta nanofiltreringsmembran, som de nedsmutsade och rengjorde under tre cykler. Efter varje rengöringscykel togs nanopartiklarna upp med en magnet och återanvändes med färsk glukos för att aktivera katalysatorn. Nanopartiklarna var mycket effektiva för att rengöra membranen och återförde dem till 94 % av deras ursprungliga vattenfiltreringskapacitet. Eftersom nanopartiklarna inte kräver starka kemikalier och är lätta att återvinna, säger forskarna att deras nya system är en "grönare" och mer kostnadseffektiv metod för rengöring av nanofiltreringsmembran. + Utforska vidare
