تکنولوژی
پلیمر جدید بر پایه شکر می تواند به حذف فلزات سنگین از آب کمک کند
محققان دانشگاه تگزاس در آستین پلیمر جدیدی بر پایه شکر ساخته‌اند که قادر است فلزات سنگین را از آب آلوده به طور موثری جدا کند. این پلیمر بدون نیاز به مواد شیمیایی اضافی و با ساختاری قابل تنظیم توانایی حذف فلزات سنگین مانند کادمیوم و سرب از منابع آب را دارد. نتایج آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهد که این پلیمر کارایی بالایی در جذب فلزات سنگین دارد و می‌توان آن را چندین بار استفاده کرد.
محققان دانشگاه تگزاس در آستین یک راه‌حل جدید برای تصفیه آب ابداع کرده‌اند. آن‌ها یک پلیمر مشتق شده از شکر ساخته‌اند که می‌تواند به طور موثری فلزات سنگین را از آب آلوده جدا کند. فلزات سنگین مانند سرب و جیوه یک تهدید دائمی برای منابع آب هستند و می‌توانند تأثیرات مخربی بر سلامت انسان و جانداران دریایی داشته باشند. این فلزات سنگین می‌توانند از طریق منابع مختلفی مانند ضایعات صنعتی و رواناب‌های کشاورزی وارد سیستم آبی شوند. روش‌های سنتی تصفیه آب معمولاً با چالش‌هایی مانند مصرف بالای انرژی و گرفتگی فیلترها مواجه هستند.
گیاهان دارای یک لایه حفاظتی متشکل از پلی‌ساکاریدها هستند که مولکول‌های بزرگی از واحدهای تکراری شکر هستند. این لایه، یون‌های فلزی را به دام می‌اندازد و از سلول‌های گیاهی محافظت می‌کند. پیش‌تر نیز چندین پلیمر شکر گیاهی ساخته شده‌اند. در حالی که بیشتر این پلیمرها می‌توانند آب را با به دام انداختن فلزات سنگین تصفیه کنند، به مواد کمکی برای بهبود پایداری یا حل‌پذیری نیاز دارند.
در مطالعه‌ای جدید، محققان پلیمر شبیه به شکر ساخته‌اند که بدون اتکا به مواد شیمیایی اضافی می‌تواند آب را تصفیه کند. این ماده جدید دارای ساختار شبیه به شکر با قابلیت تنظیم حل‌پذیری در آب است که امکان حذف مخصوص فلزات سنگین از آب را فراهم می‌کند.
این پلیمر نوآورانه با یک ستون فقرات غیر محلول در آب و کربوهیدرات‌های «زیبایی» حل‌شونده در آب که فلزات سنگین را به خود جذب می‌کنند، طراحی شده است. "تیم چندین پلیمر ساختند که هر یک دارای ستون فقرات غیر محلول در آب با کربوهیدرات‌های مختلف حل‌پذیر در آب که مانند زیبایی‌های یک دستبند از واحدهای تکراری آویزان هستند، بود." برای این کار، محققان با ساختارهای مختلف کربوهیدرات آزمایش کردند تا مؤثرترین ساختار برای جذب کادمیوم یونی را پیدا کنند. آن‌ها دریافتند که گروه اسید کربوکسیلیک به‌ویژه در جذب و اتصال این یون فلزی مؤثر است.
سپس، این پلیمر با گروه اسید کربوکسیلیک در آب آلوده به کادمیوم یونی آزمایش شد. پلیمر در عرض سه دقیقه توده‌های قابل مشاهده‌ای ایجاد کرد که به راحتی از آب فیلتر شد. توده‌ها می‌توانند مجدداً حل شوند تا فلزات جذب شده آزاد شوند. محققان این فرآیند را سه بار تکرار کردند تا دوام پلیمر را ارزیابی کنند. "بعد از سه چرخه جذب، تشکیل توده و حل مجدد، پلیمر همان کارایی جذب فلزات را حفظ کرد و پتانسیل آن به عنوان یک ماده قابل بازیافت را نشان داد."
برای نشان دادن اثربخشی آن، پلیمر حاوی کربوهیدرات در آب آلوده به کادمیوم و سرب از رود کلرادو آزمایش شد. در عرض 24 ساعت، پلیمر توانست تا 20 درصد کادمیوم و 45 درصد سرب افزوده شده را از نمونه آب رود کلرادو جذب کند. ساختار منحصر به فرد پلیمر به آن اجازه می‌دهد تا یون‌های فلز سنگین را به طور انتخابی جذب کند در حالی که جذب یون‌های دیگر که کمتر مضر هستند به حداقل می‌رسد.
در مقایسه با روش‌های دیگر، پلیمر مشتق شده از شکر مزایای متعددی ارائه می‌دهد، از جمله کارایی بالاتر، قابل بازیافت بودن و انتخابی بودن. "محققان می‌گویند ماده جدید آن‌ها گامی امیدوارکننده به سوی مواد کارآمدتر، قابل بازیافت و انتخابی‌تر برای تصفیه آب است."
نتایج این پژوهش در مجله ACS Central Science منتشر شده است.
