Ученые создали «умный» сорбент, который очищает воду и возвращает ценные ресурсы в производство.
Принцип работы наногубки
Пористая целлюлозная основа с нанопокрытием из оксидов металлов. Принцип — химическая ловушка:
- Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк) связываются с поверхностью частиц через ионный обмен.
- Фосфаты захватываются за счет электростатического притяжения.
Материал функционирует на контрасте pH — при изменении кислотности среды губка захватывает или высвобождает загрязнители, что позволяет использовать ее многократно:
- В нейтральной воде активируется сорбция.
- В кислой среде (pH <4) происходит высвобождение металлов.
- В щелочной (pH >10) — отдача фосфора.
«Превратили проблему в ресурс. Вместо захоронения токсинов — их повторное использование», — Винайак Дравид, руководитель проекта.
Тесты в Чикаго
Стоки металлообрабатывающих заводов и сельхозудобрения загрязняют Великие озера.
Проблема:
- Агентство по охране окружающей среды (EPA) допускает до 1,3 ppm меди в воде.
- Наблюдалось цветение водорослей, так как для предотвращения этого процесса необходимо содержание фосфатов менее 0,1 ppm.
Решение:
- Компания StormTrap LLC, занимающаяся очисткой ливневых стоков, внедрила фильтры на основе губки в коллекторы.
- Результат: удаление 99% меди и цинка и 94% фосфатов за цикл.
Наногубка справилась с проблемой цветения водорослей.
Ресурсы против экологии
Фосфорные руды истощаются на 3% ежегодно. При этом:
- 22 млн тонн фосфатов смывается в океаны.
- Добыча 1 тонны фосфоритов выбрасывает 5 тонн углекислого газа.
Пример повторного использования: Собранные с чикагских стоков металлы отправляют на завод BatteryCorp для производства аккумуляторов.
Развитие многоцелевой технологии
Разработка наногубки — результат многолетних исследований, своего рода «швейцарский нож» в мире очистки воды, сочетающий различные функции:
- 2019: OHM-губка для сбора нефти.
- 2021: PEARL-мембрана для извлечения фосфатов.
- 2023: Технология удаления свинца до 2 ppb.
- 2025: Мультизадачная платформа Nano-SCHeMe.
«Раньше после очистки получали токсичную грязь. Теперь — сырье для промышленности», — Келли Матушевски, аспирант.
Будущее: от микропластика до редкоземельных металлов
Планы на 2026-2030:
- Морские испытания в Мексиканском заливе.
- Интеграция с системами опреснения.
- Создание бытовых фильтров ценой менее $10.
Проект столкнулся с парадоксом: чем эффективнее очистка, тем заметнее вклад сельского хозяйства в загрязнение. Ответ ученых — мобильные установки для ферм, перехватывающие стоки до попадания в реки.