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Nanokohlenwasserstoffe zur Reinigung von Wasser werden viel effizienter, wenn ein
Vorläufermisch einer hohen Spannung ausgesetzt wird
Trinkwasser wird mit Elektroschocks sauberer

Wissenschaftler der Nagoya University haben ein einstufiges Herstellungsverfahren entwickelt, das die Fähigkeit von Nanokohlenwasserstoffen verbessert, giftige Schwermetallionen aus Wasser zu entfernen. Die in der Zeitschrift ACS Applied Nano Materials veröffentlichten Ergebnisse könnten die Bemühungen zur Verbesserung des universellen Zugangs zu sauberem Wasser unterstützen.

Verschiedene Nanokohlenwasserstoffe werden untersucht und zur Reinigung von Wasser und Abwasser durch Adsorption von Farbstoffen, Gasen, organischen Verbindungen und toxischen Metallionen verwendet. Diese Nanokohlenwasserstoffe können durch molekulare Anziehungskräfte Schwermetallionen wie Blei und Quecksilber auf ihren Oberflächen adsorbieren. Diese Anziehungskraft ist jedoch schwach und daher sind sie für sich genommen keine sehr effizienten Adsorbentien.

Um die Adsorption zu verbessern, erwägen Wissenschaftler, den Nanokohlenwasserstoffen Moleküle wie Aminogruppen hinzuzufügen, die stärkere chemische Bindungen mit Schwermetallen eingehen. Sie versuchen auch Wege zu finden, um alle verfügbaren Oberflächen auf Nanokohlenwasserstoffen für die Metallionenadsorption zu nutzen, einschließlich der Oberflächen ihrer inneren Poren. Dies würde ihre Fähigkeit verbessern, mehr Metallionen gleichzeitig zu adsorbieren.

Der Materialwissenschaftler Nagahiro Saito vom Institut für Innovation für die Zukunft der Universität Nagoya und Kollegen entwickelten eine neue Methode zur Synthese eines "aminomodifizierten Nanokohlenstoffs", der im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mehrere Schwermetallionen effizienter adsorbiert.

Sie mischten Phenol als Kohlenstoffquelle mit einer Verbindung namens APTES als Quelle für Aminogruppen. Diese Mischung wurde in eine Glaskammer gegeben und einer hohen Spannung ausgesetzt, wodurch ein Plasma in Flüssigkeit erzeugt wurde. Die von ihnen verwendete Methode, "Lösungsplasmaprozess" genannt, wurde 20 Minuten lang beibehalten. Schwarze Niederschläge von aminomodifizierten Kohlenstoffen bildeten sich und wurden gesammelt, gewaschen und getrocknet.

Eine Vielzahl von Tests zeigte, dass sich Aminogruppen gleichmäßig über die Nanokohlenstoffoberfläche verteilt hatten, auch in ihre schlitzartigen Poren.

"Unser einstufiger Prozess erleichtert die Bindung von Aminogruppen sowohl an der Außen- als auch an der Innenfläche des porösen Nanokohlenstoffs", sagt Saito. "Dies erhöhte ihre Adsorptionskapazität im Vergleich zu einem Nanokohlenstoff allein drastisch."

Sie durchlaufen die aminomodifizierten Nanokohlenwasserstoffe zehn Zyklen der Adsorption von Kupfer-, Zink- und Cadmiummetallionen und waschen sie zwischen jedem Zyklus. Obwohl die Fähigkeit zur Adsorption von Metallionen mit sich wiederholenden Zyklen abnahm, war die Reduktion gering, was sie für eine wiederholte Verwendung relativ stabil machte.

Schließlich verglich das Team seine aminomodifizierten Nanokohlenwasserstoffe mit fünf anderen, die mit herkömmlichen Methoden synthetisiert wurden. Ihr Nanokohlenstoff hatte die höchste Adsorptionskapazität für die getesteten Metallionen, was darauf hinweist, dass ihr Nanokohlenstoff mehr Aminogruppen enthält als die anderen.

"Unser Verfahren könnte dazu beitragen, die Kosten für die Wasseraufbereitung zu senken und uns dem universellen und gerechten Zugang zu sicherem und erschwinglichem Trinkwasser für alle bis 2030 näher zu bringen", sagt Saito.

The article, "Liquid-Phase Plasma-Assisted in Situ Synthesis of Amino-Rich Nanocarbon for Transition Metal Ion Adsorption," was published in the journal ACS Applied Nano Materials on December 27, 2019, at DOI:10.1021/acsanm.9b01915.

 

This work was supported by JST-SICORP Grant JPMJSC18H1 and JST-OPERA Grant JPMJOP1843.

erschienen am: 2020-03-23 im europaticker



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