Unikatowa metoda usuwania nanometrowych drobin - opracowana przez naukowców z IChF w ciągu ostatnich pięciu lat - polega na dodawaniu do zanieczyszczonego roztworu dwóch substancji: surfaktantu (czyli substancji powierzchniowo czynnej, takiej jak mydło) i polimeru (np. nieszkodliwego dla środowiska i taniego poliglikolu etylenowego).

Warstwa powierzchniowa powstająca w roztworach ma uporządkowaną strukturę heksagonalną. Rodzaj uporządkowania w powstającej warstwie roztworu jest wynikiem stężenia. Struktury tego typu są nazywane liotropowymi ciekłymi kryształami. W tworzące je matryce za pomocą opisywanej metody łatwo wprowadzić starannie dobrane nanocząstki. Matryce można następnie utrwalić iusunąć część organiczną. "Jeśli odpowiednio dobierzemy stężenia, wszystkie drobne zanieczyszczenia zbiorą się w wierzchniej, pływającej warstwie o konsystencji rzadkiego mydła, pod którą znajduje się czysta woda z łatwym do odzyskania polimerem" - opisuje doc. Marcin Fiałkowski z IChF PAN. Wierzchnią warstwę surfaktantu można w prosty sposób zebrać, a następnie zutylizować lub przetworzyć tak, by odzyskać zawarte w niej substancje.

Surfaktanty tworzą w roztworach agregaty nazywane micelami. Mogą one mieć różny kształt, ale często przypominają kulki. Z kolei polimer ma postać kłębka, w przybliżeniu także podobnego do kuli. Jeśli dwie "kule" surfaktantu znajdą się dostatecznie blisko siebie, mniejsza "kulka" polimeru nie będzie mogła się między nie wepchnąć i pozostanie w pewnej odległości, nazywanej promieniem żyracji. "Zatem gdy micele surfaktantu zbliżą się do siebie na odległość mniejszą od dwukrotnego promienia żyracji, powstanie między nimi pusta przestrzeń. Pojawia się wówczas różnica stężeń polimeru i związane z nią ciśnienie osmotyczne. Woda wypływa spomiędzy miceli, te zbliżają się do siebie i w roztworze w ciągu kilkudziesięciu minut zachodzi separacja faz" - informuje IChF.

Unikatowa metoda usuwania nanometrowych drobin polega na dodawaniu do zanieczyszczonego roztworu dwóch substancji: surfaktantu (czyli substancji powierzchniowo czynnej, takiej jak mydło) i polimeru (np. nieszkodliwego dla środowiska i taniego poliglikolu etylenowego). Przy zastosowaniach na skalę przemysłową istotne znaczenie ma fakt, że po zakończeniu procesu polimer pozostaje w wodzie, skąd można go niemal w całości odzyskać. Jedyną zużywaną substancją jest surfaktant, czyli mydło, w którym zostają zamknięte nanozanieczyszczenia. "W jednym z eksperymentów badaliśmy roztwór nanocząstek złota o rozmiarach 5 nanometrów. Po dodaniu kilku procent mydła i ok. 10 proc. polimeru, na powierzchni utworzyła się lepka i elastyczna warstwa z surfaktantem. Znajdowały się w niej drobiny złota, które w innych warunkach, jako cięższe od wody, powinny opaść na dno" - opisuje doktorantka Ewelina Kalwarczyk z Zakładu Fizykochemii Miękkiej Materii IChF PAN.

Stosowane dotąd sposoby mechanicznego i chemicznego oczyszczania ścieków nie eliminują groźnych dla człowieka nanozanieczyszczeń, a dokonywanie tego metodami laboratoryjnymi jest możliwe w praktyce tylko przy niewielkich objętościach płynów. Opracowana metoda nadaje się więc nie tylko do oczyszczania ścieków, ale także do produkcji materiałów kompozytowych zawierających domieszki np. złota, platyny, srebra, półprzewodników, nanorurek węglowych.

Źródło: PAP - Nauka w Polsce


red. Blanka Majda