今日、ほぼ 1,800,000エーカー 米国の土地は、埋め立て地の廃棄物の処分に使用されます。量に関しては、米国だけが生成しました 2億9000万トン以上の固形廃棄物 2018年には、1立方メートルあたり半トンの平均固形廃棄物密度を想定して、約235,000のオリンピックサイズのスイミングプールに相当する量です。
約9％ – 約2600万トン – この廃棄物は鉄と鋼で構成されています。これらは、さまざまな民間インフラストラクチャプロジェクトで使用される安定した市場価値を持つリソースです。 チームとして の 環境エンジニア、鉄が豊富な廃棄物を使用して酸化鉄ナノ粒子を生産できるかどうかを知りたいと思いました。これは、水質汚染と建築工学ハードウェアとの闘いに役立つツールです。
すべてナノ粒子について
酸化鉄ナノ粒子 鉄と酸素原子で構成されており、そのサイズのため、それらはユニークな物理的および化学的特性を示します。それらは非常に小さく、通常は直径がナノスケール（メートルの10億分の1）にあります。
合成した酸化鉄ナノ粒子は、マグネタイトとマグヘマイトと呼ばれる特徴的なグループでした。最初の研究では、このグループのナノ粒子ができることが示されています 薬が体の正しい部分に到達するのを手伝ってください、 作る 電気自動車のバッテリー より効率的で センサーを改善します 毒性ガスを検出するだけでなく、音と動き。
これらのナノ粒子は鉄でできているため、磁気と安定の両方です。それらの小さなサイズは、彼らの体積に比べて大きな表面積を与え、水中で汚染物質をつかむことができます。さらに、それらの磁気性は、非常に小さくて薄い電気部品を構築するのに理想的です。
私たちの仕事では、廃棄物を使用してそれらを生産する新しい方法を見つけたかったのです。私たちの最新の研究では、 RSC Sustainability Journalに掲載されています、私たちは、期限切れの店頭鉄サプリメントから酸化鉄ナノ粒子を合成するための環境に優しい方法を開発しました。このアプローチは、廃棄された製品に価値を与えるだけでなく、より持続可能で循環的な生産方法をサポートします。
研究プロセス
調査を実施するために、呼ばれる方法を使用しました 熱水炭化 これらの磁気ナノ粒子を生成します。地元のヘルスケアセンターから大量の期限切れの鉄サプリメントを調達することができました。
熱水炭化プロセスは、キッチンにある可能性のある種類の圧力鍋のターボチャージバージョンを使用しています。私たちのレシピでは、特殊な圧力反応器に期限切れの鉄のサプリメントと水をそれぞれ20グラムと組み合わせました。次に、華氏527度（摂氏275度）で6〜12時間混合物を調理しました。この強い温度と圧力の下で、サプリメントは故障し、小さな – 10〜11ナノメートルの粒子を生成しました。
最終製品には、Hydrocharと呼ばれる固体炭のような材料が含まれており、製品の約20％から22％を占めています。水charは、酸化鉄ナノ粒子とグラファイトで構成されていました。これは、水炭に木炭のような外観を与えた炭素が豊富な材料です。残りはガスと、水charとは別の暗いタールのような液体になりました。
熱水炭化は、酸化鉄ナノ粒子を作るために使用される方法だけではありません。などの他の従来の方法があります 共沈降、化学物質を混合して固体を形成することを含みます。別の方法はです 熱分解、酸素がない場合に材料が加熱されます。そして最後に、 ガス化、酸素の存在下で材料を加熱します。
これらの方法では、通常、華氏約1,292〜1,832度（700〜1,000 C）、または過酷な塩化学物質が必要です。対照的に、私たちが使用した方法である熱水炭化は水ベースであり、低温で発生する可能性があります。
熱水炭化プロセスのエネルギー使用を他の方法と比較し、 最も低い環境への影響。
汚染された水からきれいになります
私たちが作成した酸化鉄ナノ粒子は、水処理に非常に役立ちます。彼らです 特にオイルを除去するのが得意です そして 重金属 水からの鉛、カドミウム、亜鉛、クロムなど。これらは、深刻な原因となることが知られている汚染物質です がんを含む健康問題。
それらを汚染された水と混ぜるか、一般的な家庭用フィルターと同様に、水がそれらを通過できるようにすることができます。
彼らのパフォーマンスをテストするために、酸化鉄ナノ粒子を廃水サンプルを含む混合 メチレンブルー染料、繊維および製造廃水における一般的な汚染物質。染料の95％以上を除去していることがわかりました。粒子は磁気であるため、磁石を使用して処理された水からそれらを除去して、水を汚染しませんでした。
水中の汚染物質の種類に応じて、酸化鉄ナノ粒子は時々 再び加熱された後に再利用されます。
前進します
この研究のために、これらのナノ粒子の少量を研究室で生産しました。ただし、大量の鉄廃棄物が埋め立て地に送られます。これらには、鋼製スラッジや金属スクラップなどの材料が含まれます。したがって、理論的には、これらのナノ粒子の多くが将来生成される可能性があります。十分な量で生産された場合、大きな水および廃水植物ろ過システムは、これらの粒子を使用して、はるかに大量の水を処理することができます。
しかし、埋め立て地の無駄はすべて、すべての種類の廃棄物ではありません。鉄が豊富な廃棄物は、他の材料で汚染されている可能性があり、その調達、並べ替え、リソースを集中的かつコストの両方の両方をリサイクルします。この技術を持続的に拡大するには、研究者は最初にこれらの課題を克服する必要があります。
明るい面では、 エコノミストは予測します 酸化鉄ナノ粒子を含む代替金属は、生産需要を満たすのに役立つかもしれません 将来のテクノロジー そして 人工知能。これらのナノ粒子は、高性能コンピューティングコンポーネントの製造に使用できます。これらのコンポーネントには含まれます 磁気メモリストレージ そして 半導体 私たちの日常のテクノロジーにあります。
たくさん 現在使用されている重要な金属 高価で、希少で、または 地政学的に敏感です：コバルト、ニッケル、リチウム。その結果、私たちのチームは、この熱水炭化ベースの方法を他の種類の廃棄物にどのように拡大して適用できるかを探求し始めています。
私たちの長期的な目標は、環境の課題と材料の要求の両方に将来のイノベーションの要求に対処し続けながら、持続可能なナノ粒子生産のためにツールキットを拡大することです。
（アーメド・イブラヒム・ユヌスはジョージア工科大学環境工学の博士号を取得しています。ジョー・フランク・ボーズマンIIIは、ジョージア工科大学の民間および環境工学および公共政策の助教授です）
（この記事は、Creative Commonsライセンスの下で会話から再発行されます。ここで元の記事を読む： https://theconversation.com/iron-nanoparticles-can-help-treat-treat-team-our-team-created-them-them-of-of-expired-supplements-260364）
公開 – 2025年8月10日06:31 PM IS