Микропластик представляет большую угрозу для здоровья человека. Этот крошечный пластиковый мусор может попасть в наш организм через воду, которую мы пьем, и увеличить риск различных заболеваний. Он также представляет опасность для окружающей среды; обнаружен даже в отдаленных районах, таких как полярные ледяные шапки и глубокие океанские впадины, он угрожает водным и наземным формам жизни.
Для борьбы с этим новым загрязнителем исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали устойчивый гидрогель для удаления микропластика из воды. Материал имеет уникальную переплетенную полимерную сеть, которая может связывать загрязняющие вещества и разлагать их с помощью облучения ультрафиолетовым светом. Исследование опубликовано в журнале Nanoscale.
Ранее ученые пробовали использовать фильтрующие мембраны для удаления микропластика. Однако мембраны могут забиваться этими крошечными частицами, что делает их неустойчивыми. Вместо этого команда IISc во главе с профессором кафедры материаловедения Сурьясарати Бозе решила обратиться к 3D-гидрогелям.
Новый гидрогель, разработанный командой, состоит из трех различных полимерных слоев — хитозана, поливинилового спирта и полианилина, которые переплетаются друг с другом, образуя архитектуру взаимопроникающей полимерной сети (IPN). Команда влила в эту матрицу нанокластеры материала, называемого полиоксометаллатом заменителя меди (Cu-POM).
Эти нанокластеры являются катализаторами, которые могут использовать ультрафиолетовое излучение для разложения микропластика. В результате комбинации полимеров и нанокластеров получился прочный гидрогель, способный адсорбировать и разлагать большое количество микропластика.
Большая часть микропластика является продуктом неполного разложения бытовых пластмасс и волокон. Чтобы имитировать это в лаборатории, команда измельчала крышки пищевых контейнеров и другие пластиковые изделия повседневного использования, чтобы создать два наиболее распространенных микропластика, существующих в природе: поливинилхлорид и полипропилен.
«Наряду с обработкой или удалением микропластика, еще одной серьезной проблемой является обнаружение. Поскольку это очень маленькие частицы, вы не можете увидеть их невооруженным глазом», — объясняет Суми Дутта, первый автор исследования и научный сотрудник SERB National Postdoctoral на кафедре материаловедения.
Чтобы решить эту проблему, исследователи добавили флуоресцентный краситель к микропластику, чтобы отслеживать, сколько адсорбируется и разлагается гидрогелем в различных условиях. «Мы проверили удаление микропластика при разных уровнях pH воды, разных температурах и различных концентрациях микропластика», — объясняет Дутта.
Гидрогель оказался очень эффективным — он может удалить около 95% и 93% двух различных типов микропластика в воде при почти нейтральном pH (∼6,5). Команда также провела несколько экспериментов, чтобы проверить, насколько долговечным и прочным был материал. Они обнаружили, что комбинация трех полимеров делает его стабильным при различных температурах.
«Мы хотели создать материал, который был бы более экологичным и мог бы использоваться многократно», — объясняет Бозе. Гидрогель может выдерживать до пяти циклов удаления микропластика без существенной потери эффективности. Более того, Бозе отмечает, что после того, как он изжил себя, гидрогель может быть перепрофилирован в углеродные наноматериалы, которые могут удалять тяжелые металлы, такие как шестивалентный хром, из загрязненной воды.
В дальнейшем исследователи планируют работать с коллегами над разработкой устройства, которое может быть развернуто в больших масштабах для очистки от микропластика различных источников воды.
Авторы статьи: by Shreya Gangwal, Indian Institute of Science
Источник статьи: https://phys.org/news/2024-04-hydrogel-microplastics.html
