Dayanıklı Hidrojel Su Temizliyor
Fotoğraf : Bir anyon reseptörü ile donatılmış hidrojel, 48 saat sonra 100µM’lik anyon solüsyonundan florürün yaklaşık yarısını (solda) ve parlak organik boyanın %90’ını uzaklaştırır.
Jel, negatif yüklü su kirleticileri uzaklaştırarak anyonlar için bir sünger görevi görür.
Küçük ve negatif yüklü anyon olan kirletici maddelerin su kaynaklarından temizlenmesi kolay değildir. Fakat şimdi araştırmacılar, bunu yapmak için bir yöntem geliştirdiler: Anyonları çeken hidrojel ürettiler ve sonra sudan ayrıştırıp, yıkayıp tekrar kullandılar(J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI). : 10.1021 / jacs.7b13656).
Şekil : Bir hidrojel içine eklenen pozitif yüklü makrosiklik, anyonları bağlayarak onları sudan çeker.
Sudaki istenmeyen anyonlar her türlü sıkıntıya neden olur. Örneğin, dünya çapında milyonlarca insan yüksek seviyelerde arsenat, florid veya nitratlı su içmektedir. Tarımsal akıştaki fazla nitratlar ve fosfatlar havuzlarda ve akarsularda alglerin aşırı çoğalmasına yol açar. Sülfatlar radyoaktif atıkların güvenli bir şekilde depolanmasını engeller. Çalışmaya dahil olmayan Lehigh Üniversitesi’nden Arup Sengupta, “Bu problemlerden bazıları akıl almaz derecede büyük” diyor.
Henüz anyonun uzaklaştırılması için evrensel bir çözüm bulunamamıştır. Su arıtma tesislerinde ve portatif su filtrelerinde yaygın olarak kullanılan iyon değişimi, bireysel anyonları hedeflememektedir. Sıvı-sıvı ekstraksiyonu, laboratuvarda çok etkili olmasına rağmen, organik çözücüler kullanıldığından içme suyuna uygulanamaz.
Texas Üniversitesi’nden Jonathan L. Sessler’in grubu yıllardır, anyonları temizleyerek ve ardından sudan arındıran bir çeşit sünger yapmaya çalışarak kirli maddeleri çıkarmanın kolay bir yolunu arıyor. Son zamanlarda Zhejiang Üniversitesi’nde supramoleküler polimer uzmanı Feihe Huang ve Jiangsu Üniversitesi’nden Lingliang Long ortak bir çalışma yapmaktadır.
Feihe Huang ve Jiangsu, anyon reseptörü olarak davranabilmesi için dört pozitif yük taşıyan esnek bir makrosiklik bileşik sentezlediler. Sudaki anyonlarla karşılaştığı zaman, bileşik onları pozitif yüklü merkezde toplar. Araştırmacılar, bir hidrojel oluşturmak için bu makrosiklik bileşiği çapraz bağlayıcı olarak polivinil alkol polimer ağına ekledi.
“Böylece yaptıkları hidrojel bütünlüğü ile sağlanmış oldu” diye anlatıyor Sessler. “Tofu’dan daha sağlam olduğu gibi parmak ya da cımbızla alınabilir. Önemli olarak, anyonları toplamak jeli bozmaz, ancak güçlendirir” diye ekledi.
Bilim insanları, ayrılmış 100µM’lık nitrat, nitrit, sülfat, hidrojen sülfit, florür ve -4 yüklü organik boyalara (her biri 10 mL) kurutulmuş hidrojel formundan 13 mg damlattı. 48 saat sonra, jel dört organik boyadan % 90’ının üzerinde yakaladı. Yakalanması zor olan küçük anyonlardan nitratın %68’i ve florürün %47’si elde edilmiştir. Araştırmacılar, serbest anyon oluşturan seyreltik HCl’in bulunduğu su içerisinde hidrojellerin tekrar kullanılabilirliğini buldular.
Sengupta, temizleyici hidrojellerin daha fazla takip etmeye değer olduğunu söylüyor. Ancak, diğer benign iyonların (zararsız) daha yüksek konsantrasyonlarda bulunması halinde düşük konsantrasyonu zararlı anyonların uzaklaştırılmasının en büyük zorluk olduğunu eklemektedir. Bu özel makrosiklik henüz bunu yapamadı. “Onu daha seçici kılmak, ileriki hedeftir, inanıyorum” dedi.
Nitekim, Sessler, kendisinin ve meslektaşlarının farklı ihtiyaçları karşılamak için anyon reseptörlerini uyarlama üzerinde çalıştıklarını, hatta hidrojel içine çoklu reseptörleri dahil ettiklerini söylüyor. Bu özel reseptörün, sülfatın nükleer atıktan uzaklaştırabileceğini düşünüyor. Genel strateji, yine de, birçok su bazlı sisteme uyarlanabilir. Su arıtımı için yapılan hidrojellerin aralarına katılmaları için ilham vermesini umuyor.
Kaynak : acs.org
