Naukowcy z ICMM-CSIC opracowali magnetyczne nanokwiaty z tlenku żelaza, które wychwytują nanoplastik z PET i zamieniają go w materiał usuwający zanieczyszczenia z wody. To krok w stronę gospodarki o obiegu zamkniętym.
Od plastiku, który zanieczyszcza wodę, do narzędzia, które pomaga ją oczyścić. Naukowcy z Instytutu Nauki o Materiałach w Madrycie (ICMM) działającego przy CSIC opracowali nanocząstki tlenku żelaza w kształcie kwiatów, zdolne wychwytywać nanoplastik – fragmenty tysiąc razy mniejsze niż mikroplastik – powstające z PET, jednego z najczęściej używanych materiałów w butelkach, opakowaniach i odzieży z poliestru. Wyniki badań opisuje czasopismo „Chemical Engineering Journal”.
REKLAMA
REKLAMA
Tajemnica tkwi w kształcie. „Tlenek żelaza jest materiałem magnetycznym, który pozwala jednocześnie wychwytywać wiele zanieczyszczeń. A jego struktura w formie nanokwiatów sprawia, że cząstki mają kilka jąder współpracujących ze sobą, dzięki czemu wzmacniają swoje właściwości magnetyczne” – wyjaśnia Álvaro Gallo-Córdova, badacz z ICMM-CSIC i jeden z głównych autorów pracy, wspólnie z Rafaelem Herrerą-Aquino i Maríą del Puerto Morales.
Od mikroplastiku w kosmetykach do nanoplastiku z PET
To nie pierwszy raz, gdy te cząstki dowiodły swojej przydatności: w 2024 roku udało się dzięki nim wyodrębnić i rozłożyć mikroplastik o rozmiarach od 0,001 do 5 mm, pochodzący z kosmetyków. Teraz zmiana dotyczy skali. Nanoplastik ma rozmiar jednej miliardowej metra, czyli jest tysiąc razy mniejszy niż tamten mikroplastik.
„Kiedy kończy się okres ich użytkowania, większość tworzyw PET trafia do środowiska, gdzie światło słoneczne i ścieranie działają jak papier ścierny: rozdrabniają je i przekształcają w nanoplastik, rodzaj bardzo drobnego pyłu, który zanieczyszcza nasze gleby i zasoby wodne” – dodaje Gallo-Córdova.
Zaledwie jeden gram tych magnetycznych nanokwiatów może wychwycić nawet 10 tys. mg nanoplastiku – wartość, którą sam zespół określa jako niespotykaną dotąd.
Zanieczyszczenie, które pomaga usuwać inne zanieczyszczenia
Na wychwytywaniu praca się nie kończy. Gdy nanoplastik zostanie już złapany, zespół przekształca go w materiał magnetyczny, który potrafi usuwać z wody metale ciężkie i barwniki organiczne, a nawet brać udział w procesach degradacji katalitycznej.
„Po wychwyceniu nanoplastiku za pomocą naszych magnetycznych nanocząstek przekształcamy go w funkcjonalne materiały, zamieniając szkodliwy odpad w nowy surowiec w ramach podejścia gospodarki o obiegu zamkniętym” – podsumowuje badacz. Innymi słowy: wykorzystują sam odpad, żeby usunąć inne zanieczyszczenia, dając drugie życie czemuś, co zwykle trafiłoby na śmietnik.
Proces niemal nie zużywa energii, ponieważ nagrzewanie magnetyczne zachodzi lokalnie, dokładnie na powierzchni nanocząstek, bez konieczności ogrzewania całej wody.
Rozwiązanie dobrze znosi eksploatację: po pięciu cyklach nanokwiaty zachowały 88% swojej zdolności oczyszczania, a do wody uwolniły mniej niż 0,82% żelaza, które zawierały na początku. To potwierdza, że są stabilne, nadają się do ponownego użycia i są bezpieczne. Zespół z ICMM-CSIC wskazuje teraz na zaawansowane oczyszczanie wód jako kolejny obszar zastosowania tej technologii.