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わかりました！ 廃棄物はナノウェブに変換され、汚染物質を濾過することができます。 クレジット: ウィーン工科大学
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廃棄物はナノウェブに変換され、汚染物質を濾過することができます。 クレジット: ウィーン工科大学
水を浄化するために廃棄物を使用するということは直観に反するように聞こえるかもしれません。 しかしウィーン工科大学では、これがまさに今達成されたことなのです。 研究者らは、広範な種類の有害な染料を水からろ過するための特別なナノ構造を開発しました。
重要なコンポーネントは、廃棄物とみなされる材料、つまり使用済みの材料です。 セルロースたとえば、クリーニングクロスや紙コップの形で使用されます。 セルロースを利用して微細なナノ繊維をコーティングし、効率的なフィルターを作成します。 汚染された水。 紙は 出版された スモールサイエンス誌に掲載されました。
水の中の色のついた毒
有機染料は、いわゆるアゾ化合物を含む合成染料の最大のグループを表します。 それらは広く使用されています。 織物産業環境保護にほとんど注意が払われていない国でも、染料は濾過されずに廃水に流れ込むことがよくあります。
ウィーン工科大学材料化学研究所のギュンター・ルプレヒター教授は、「このような染料は非常にゆっくりと分解し、水中に長時間留まり、人間や自然に大きな危険をもたらす可能性があるため、これは危険です」と語る。
このような染料を結合できるさまざまな材料があります。 しかし、それだけでは十分ではありません。 「染料が結合する可能性のあるフィルター膜の上に汚染水を単に流すだけでは、洗浄効果は低くなります」とルプレヒター氏は説明する。
「たくさんの小さな繊維からナノファブリックを作り、水を浸透させる方がずっと良いのです。」 その後、水はより広い表面積と接触するようになり、より多くの有機染料分子が結合できるようになります。
ナノフィルターとしてのセルロース廃棄物
「私たちは、廃棄物から製造できる半結晶性ナノセルロースを研究しています」と、この研究の筆頭著者であり、ルプレヒター研究グループの博士研究員であるカイサー・マクブール氏は言う。 「金属を含む物質は同様の目的でよく使用されます。一方、私たちの材料は環境にまったく無害であり、古紙をアップサイクルして製造することもできます。」
このナノセルロースは、プラスチックのポリアクリロニトリルと一緒に「紡がれて」ナノ構造になります。 ただし、これには多くの技術的スキルが必要です。 ウィーン工科大学のチームは、いわゆるエレクトロスピニングプロセスで成功しました。 このプロセスでは、材料を吹き付けます。 液体状液滴は帯電し、電場を通して送られます。
「これにより、硬化中に液体が直径 180 ～ 200 ナノメートルの非常に細い糸を形成することが保証されます」と Rupprechter 氏は言います。 これらの糸は、 高い表面積—いわゆる「ナノウェブ」。 糸のネットワークは 1 平方センチメートル上に配置でき、総表面積は 10 cm2 を超えます。
成功したテスト
これらのセルロースでコーティングされたナノ構造を用いたテストは非常に成功しました。3 サイクルで、紫色の染料で汚染された水が浄化され、染料の 95% が除去されました。 「染料はナノウェブに保存されたままです。その後、ウェブ全体を廃棄するか、ナノウェブを再生して、保存された染料を溶解してフィルター生地を再利用できます」とルプレヒター氏は説明します。
ただし、洗練されたナノウェブの機械的特性の評価、生体適合性テストの実施、より複雑な汚染物質に対する感受性の評価、工業グレードの標準への拡張性の達成など、さらに多くの作業を行う必要があります。
現在、ルプレヒター氏と彼の研究チームは、この色素フィルター技術を他の応用分野にどのように応用できるかを調査したいと考えています。
「この技術は医療分野にとっても非常に興味深いものとなる可能性がある」とルプレヒター氏は考えている。 「例えば透析では、液体から非常に特殊な化学物質を濾過して除去する必要もあります。」 コーティングされたナノファブリックは、そのような用途に有用である可能性がある。
詳しくは：
Qaisar Maqbool et al、水からのクリスタルバイオレット除去のための廃棄物有効化ナノウェブ、Small Science (2024)。 DOI: 10.1002/smsc.202300286
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#研究者はセルロース廃棄物をベースにした効率的なフィルターを開発
2024-04-24 15:21:03