Daha yeşil işleme, su dekontaminasyonu için yeni malzemenin maliyetini azaltır

Atık sudan ağır metalleri yakalamak için yeni nesil bir metal-organik çerçeve (MOF) oluşturmak için yeşil kimyayı kullanan Birmingham Üniversitesi bilim adamları, bunun geleneksel olarak işlenen benzer bir MOF’dan daha ucuz ve kaynak açısından daha verimli olduğunu gösterdi.

Endüstriyel atık suların çevreye sızmasından kaynaklanan su kirliliği, kalıcı bir halk sağlığı sorunu olmaya devam etmektedir. Kurşun gibi metallere maruz kalmak özellikle çocuklar için zararlıdır ve yaşam boyu etkileri vardır.

Madencilik, elektronik veya kimyasal imalat gibi endüstriyel süreçlerin oluşturduğu kimyasal açıdan karmaşık atık suların arıtılmasındaki zorluklar çözülmekten çok uzak olsa da, MOF’lar büyük potansiyele sahip bir teknoloji olarak ortaya çıkmaktadır.

Bu gelişmiş malzemeler, organik bağlayıcılarla birbirine bağlanan metal düğümlere sahiptir; bu, suda çözünmüş ağır metalleri seçici olarak yakalamak için sünger gibi davranan muazzam iç gözenek ağlarına ve yüzey alanına sahip kafes benzeri bir moleküler yapıya neden olur.

Bununla birlikte, birçok MOF üretim ve işlem sonrası yöntemi solvent veya enerji yoğundur. Üstelik MOF’larda kullanılan metaller arıtılan suya sızarak potansiyel olarak ikincil kirlenmeye neden olabilir. Her iki sorun da MOF’ların atık su arıtımında yeşil malzeme olarak kullanımını engelledi ve çoğu hala pilot veya deneme aşamasındadır.

Bir anahtar işlem adımını yeniden tasarlama

Coğrafya, Yer ve Çevre Bilimleri Okulu’ndan NERC Bağımsız Araştırma Görevlisi Dr. Swaroop Chakraborty liderliğindeki araştırmacılar, bu yenilikçi malzemelerin daha güvenli ve daha sürdürülebilir tasarımı üzerinde çalışıyor.

Şunları söyledi: “Su arıtma malzemeleri için, kirleticiyi ortadan kaldırmak hikayenin yalnızca yarısıdır. Ayrıca metal-organik çerçeveler gibi malzemelerin nasıl üretildiğini ve bunların çevrede kullanım sırasında nasıl değiştiğini de anlamamız gerekir. Bir işleme adımını yeniden tasarlayarak, malzemenin çok daha fazlasını geri kazanabildik, tahmini üretim maliyetini düşürürken, aynı zamanda çevreyle ilgili koşullar altında güçlü kurşun yakalama performansını koruyabildik.”

Ekip, ölçeklenebilir su bazlı bir işlem kullanarak yeşil sentezlenmiş bir MOF yapmak için zaten yeni bir yöntem geliştirdi.

Birmingham Enterprise Üniversitesi, endüstriyel atık akıntılarından nadir toprak elementleri ve ağır metallerin geri kazanılması için tasarlanan yöntem ve malzemeye ilişkin bir patent başvurusunda bulundu.

Malzeme, gerçek dünyadaki su numuneleri kullanılarak test edildi; burada, düşük bakır sızıntısıyla, kimyasal açıdan karmaşık çözeltilerden kurşunun çıkarılmasında dikkate değer bir verimlilik gösterdi. Gerçek dünyadaki durumlarda daha kolay kullanım sağlayan ince toz yerine topaklar şeklinde gelir.

Dondurarak kurutma maliyeti ve enerjiyi azaltır

Chakraborty’nin en son araştırması şu anda şu adreste yayınlanıyor: Yeşil Kimyayeşil kimya ilkelerini MOF üretim tekniklerine daha da dahil etti.

Makalede, izole edilmiş verimi üç kattan fazla artıran ve gram başına tahmini elektrik talebini yaklaşık %74 oranında azaltan bir dondurarak kurutma tekniği ayrıntılarıyla anlatılıyor; bu, geleneksel işlemeyle karşılaştırıldığında tahmini laboratuvar ölçekli üretim maliyetini yaklaşık 19 $/g’den 5 $/g’nin biraz üzerine düşürüyor.

Araştırma, dondurularak kurutulmuş MOF’un kurşunu çözeltiden hızlı bir şekilde çıkarma konusunda yüksek bir kapasiteye sahip olduğunu, ilk saatte %90’dan fazla giderim sağladığını ve ardışık dört işlem partisinde yüksek giderimin korunduğunu göstermektedir. Ayrıca malzemenin yedi gün boyunca havaya, tatlı su benzeri koşullara ve yapay deniz suyuna maruz kaldıktan sonra temel yapısal özelliklerini koruduğu da gösterildi.

Araştırmacılar artık madencilik, e-atık veya su arıtma alanlarında, belirli bir uygulama için teknolojiyi lisanslamak veya gerçek dünya ortamında pilot ölçekli bir denemeyi birlikte geliştirmekle ilgilenen endüstriyel ortaklar arıyor.