آلودگی فسفات در آب و راه برطرف کردن آن
آلودگی فسفات در رودخانه ها ، دریاچه ها و سایر آبراهه ها به سطح خطرناکی رسیده است و باعث ٰرشد جلبک هایی می شود که باعث گرسنگی ماهی ها و گیاهان آبزی اکسیژن می شوند. در همین حال ، کشاورزان در سراسر جهان در حال کاهش میزان ذخیره کودهای فسفاته هستند که نیمی از منابع غذایی جهان را تأمین می کنند.
با الهام از بسیاری از آبهای مجاور شیکاگو ، یک تیم تحت رهبری دانشگاه Northwester راهی برای حذف و استفاده مکرر از فسفات از آبهای آلوده ایجاد کرده است. محققان ساخت و ساز را به "چاقوی ارتش سوئیس" برای اصلاح آلودگی تشبیه می کنند زیرا غشا خود را برای جذب و انتشار سایر آلاینده ها تنظیم می کند.
فسفر هم زیربنای سیستم غذایی جهان و هم زندگی کل روی زمین است. هر موجود زنده روی کره زمین به آن نیاز دارد: فسفر در غشای سلول ، داربست DNA و در اسکلت ما است. اگرچه عناصر اصلی دیگری مانند اکسیژن و نیتروژن در اتمسفر یافت می شود ، فسفر فاقد آنالوگ است. بخش کوچکی از فسفر قابل استفاده از پوسته زمین حاصل می شود که هوای آن هزاران یا حتی میلیون ها سال به طول می انجامد.
مقاله 2021 در آتلانتیک توسط جولیا روزن به مقاله ایزاک آسیموف در سال 1939 اشاره کرد ، که در آن نویسنده و شیمی دان آمریکایی فسفر را " گلوگاه زندگی" نامید.
جمع شدن فسفات در آب
با توجه به کمبود این منبع طبیعی تجدید ناپذیر ، متاسفانه طنزآمیز است که بسیاری از دریاچه های ما از روشی معروف به اوتروفیکاسیون رنج می برند ، که این امر هنگامی اتفاق می افتد که مقدار زیادی مواد مغذی به منبع طبیعی آب وارد شود. با جمع شدن فسفات و سایر مواد معدنی ، پوشش گیاهی و جلبک های آب بیش از حد متراکم می شوند و اکسیژن آب را تخلیه می کنند و در نهایت زندگی آبزیان را از بین می برند.
استفانی ریبت ، اولین نویسنده مقاله ، گفت: "ما قبلاً بیشتر از فسفات استفاده مجدد می کردیم." "اکنون ما فقط آن را از زمین بیرون می کشیم ، یک بار استفاده می کنیم و پس از استفاده آن را به منابع آب می ریزیم. بنابراین ، این یک مشکل آلودگی ، یک مشکل پایداری و یک اقتصاد دایره ای است."
بوم شناسان و مهندسان به طور سنتی تاكتیك هایی را برای رفع نگرانی های بهداشتی و بهداشتی در اطراف فسفات با حذف فسفات از منابع آب ایجاد كرده اند. اخیراً تأکیدها از حذف به فسفات بهبود یافته تغییر یافته است.
وینایاک دراوید ، نویسنده مسئول مطالعه ، گفت: "همیشه می توان کارهای خاصی را در محیط آزمایشگاه انجام داد." "اما در مورد مقیاس بندی ، یک نمودار Venn وجود دارد ، جایی که شما باید بتوانید این فناوری را مقیاس بندی کنید ، می خواهید آن را کارآمد و مقرون به صرفه باشد. قبلا در آن تقاطع از سه مورد چیزی نبود ، اما به نظر می رسد اسفنج ما سکویی است که همه این معیارها را برآورده می کند. "
دراوید استاد علوم و مهندسی مواد آبراهام هریس در دانشکده مهندسی مک کورمیک نورث وسترن ، مدیر بنیانگذار مرکز تجربی توصیف اتمی و مقیاس نانو دانشگاه نورث وسترن (NUANCE) و مدیر منبع تجربی نانوتکنولوژی نرم و ترکیبی (SHyNE) است. دراوید همچنین به عنوان مدیر ابتکارات جهانی انستیتوی بین المللی فناوری نانو شمال غربی فعالیت می کند. ریبت دکترای تخصصی است.
راه حل چیست ؟
غشای از بین بردن و بازیابی فسفات (PEARL) تیم یک بستر متخلخل و انعطاف پذیر (مانند اسفنج ، پارچه یا الیاف روکش دار) است که به طور انتخابی حداکثر 99٪ از یون های فسفات را از آب آلوده ترسیب می کند.
پوشش داده شده با نانوساختارهایی که به فسفات متصل می شوند ، می توان غشا the PEARL را با کنترل pH تنظیم کرد تا مواد مغذی را جذب یا آزاد کند تا امکان بازیافت فسفات و استفاده مجدد از غشا در بسیاری از دوره ها فراهم شود.
روشهای فعلی برای حذف فسفات بر اساس روشهای پیچیده ، طولانی و چند مرحله ای است. اکثر آنها در حین حذف فسفات را نیز بازیابی نمی کنند و در نهایت مقدار زیادی زباله فیزیکی ایجاد می کنند. غشای PEARL یک فرآیند ساده یک مرحله ای برای از بین بردن فسفات فراهم می کند که همچنین آن را به طور موثر بازیابی می کند. همچنین قابل استفاده مجدد است و هیچگونه زباله فیزیکی ایجاد نمی کند.
محققان با استفاده از نمونه هایی از منطقه احیای آب شیکاگو ، تئوری آنها را با پیچیدگی بیشتر نمونه های آب واقعی آزمایش کردند.
دراوید گفت: "ما اغلب این" راه حل در مقیاس نانو برای مسئله گیگاتون "می نامیم. "از بسیاری جهات ، فعل و انفعالات در مقیاس نانو که ما مطالعه می کنیم ، برای اصلاح سطح کلان تأثیراتی دارد."
این تیم نشان داده است که روش مبتنی بر اسفنج در مقیاس ها ، از میلی گرم تا کیلوگرم موثر است ، که نویدبخشی بیشتر در مقیاس گذاری را می دهد.
این تحقیق بر اساس پیشرفت قبلی از همان تیم ساخته شده است - ویكاس ناندوانا ، عضو گروه Dravid و همكار نویسنده این تحقیق ، اولین نویسنده اسفنج OHM (چند منظوره آبگریز اولئوفیلیك) نامیده می شود كه از همان بستر اسفنجی برای روغن حاصل از آلودگی روغن در آب را به طور انتخابی حذف و بازیابی کنید. با اصلاح پوشش نانومواد در غشا ، تیم قصد دارد بعد از "plug-and-play" خود استفاده کند.
مانند چارچوبی برای رفتن به دنبال فلزات سنگین. ریبت همچنین گفت که می توان با استفاده از چندین ماده با تمایلات متناسب ، چندین آلاینده را یک باره برطرف کرد.
ریبت گفت: "این چالش تصفیه آب بسیار نزدیك به خانه است." "حوضه غربی دریاچه اری یکی از مناطق اصلی است که شما فکر می کنید هنگام فرارسیدن است و من از یادگیری بیشتر در مورد چالش های بازسازی آب در محله دریاچه های بزرگ ما الهام گرفتم."
مرتبط:
کاهش آلودگی پسماندهای الکترونیکی با سیستم پایلوت بازیافت اصولی کلیدخورد
لینک کوتاه:
منبع:
0 نظر