使用智能锈和磁铁清洁水
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将铁锈斑点倒入水中通常会使水变得更脏。但研究人员开发出了一种特殊的氧化铁纳米粒子，他们称之为“智能锈”，实际上可以使其变得更清洁。智能锈可以吸引许多物质，包括油、纳米塑料和微塑料，以及除草剂草甘膦，具体取决于颗粒的涂层。由于纳米颗粒具有磁性，因此可以使用磁铁轻松地将它们与污染物一起从水中去除。现在，该团队报告说，他们已经对颗粒进行了调整，以捕获对水生生物可能有害的雌激素。
研究人员将于今天在化学会 (ACS) 秋季会议上展示他们的研究结果。ACS 2023 年秋季会议是一场混合会议，将于 8 月 13 日至 17 日举行，包括虚拟会议和现场会议，包括约 12,000 场关于广泛科学主题的演讲。
“我们的‘智能锈’价格便宜、无毒且可回收，”该项目首席研究员 Marcus Halik 博士说道。“我们已经展示了它对各种污染物的用途，显示了该技术显着改善水处理的潜力。”
多年来，哈利克的研究团队一直在研究去除水中污染物的环保方法。他们使用的基础材料是超顺磁性形式的氧化铁纳米颗粒，这意味着它们会被磁铁吸引，但不会相互吸引，因此颗粒不会结块。
为了使它们变得“聪明”，该团队开发了一种将膦酸分子附着到纳米尺寸球体上的技术。“在我们向氧化铁核心添加一层分子后，它们看起来就像从这些颗粒表面伸出的毛发，”埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学的哈利克说。然后，通过改变膦酸另一侧的结合物，研究人员可以调整纳米粒子表面的特性，以强烈吸附不同类型的污染物。
早期版本的智能锈从地中海收集的水中捕获原油，并从研究人员大学附近收集的池塘水中捕获草甘膦。此外，该团队还证明，智能除锈可以去除实验室和河水样本中添加的纳米和微塑料。
到目前为止，该团队已针对大量存在的污染物。卢卡斯·穆勒 (Lukas Müller) 是一名研究生，他在会议上展示了新的研究成果，他想知道是否可以修改铁锈纳米颗粒以吸引微量污染物，例如激素。当我们体内的一些激素被排出体外时，它们会被冲入废水中，最终进入水道。天然和合成雌激素就是这样一类激素，这些污染物的主要来源包括人类和牲畜的废物。穆勒说，环境中雌激素的含量非常低，因此很难去除。然而，即使这些水平已被证明会影响一些植物和动物的新陈代谢和繁殖，尽管低水平的这些化合物长期对人类的影响尚不完全清楚。
“我从最常见的雌激素、雌二醇开始，然后是其他四种具有相似分子结构的衍生物，”穆勒说。雌激素分子有一个庞大的类固醇体和带有轻微负电荷的部分。为了利用这两个特性，他用两组化合物涂覆氧化铁纳米颗粒：一组是长化合物，另一组是带正电的。这两种分子在纳米粒子的表面上自我组织，研究人员假设它们一起构建了数十亿个“口袋”，吸引雌二醇并将其固定到位。
由于这些口袋是肉眼看不见的，穆勒一直在使用高科技仪器来验证这些雌激素捕获口袋的存在。初步结果表明，可以从实验室样本中有效提取激素，但研究人员需要通过固态核磁共振波谱和小角中子散射进行更多实验，以验证口袋假设。“我们正在尝试使用不同的拼图来了解分子实际上如何在纳米颗粒表面组装，”穆勒解释道。
未来，该团队将在现实世界的水样上测试这些颗粒，并确定它们可以重复使用的次数。由于每个纳米颗粒都具有很大的表面积和很多口袋，研究人员表示，它们应该能够从多个水样中去除雌激素，从而降低每次清洁的成本。“通过反复回收这些颗粒，这种水处理方法对材料的影响可能会变得非常小，”哈利克总结道。
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