Dayanıklı Hidrojel Suyu Temizliyor
Fotoğraf : Anyon reseptörü ile donanmış hidrojel, 48 saat sonra florürün yarısını (solda) ve 100 µM anyon çözeltisinden parlak organik boyanın (sağda) %90’ını ayırıyor.
Jel negatif yüklü su kirleticilerini ayırarak anyonlar için sünger görevi görüyor.
Küçük, negatif yüklü anyonlar olan kirleticilerin su kaynaklarından ayrılması kolay değildir. Fakat şimdi araştırmacılar bunun üstesinden gelmek için bir method buldular: Anyonları içine çekerek sudan ayıran, durulanan, yeniden kullanılan bir hidrojel yaptılar (J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b13656).
Fotoğraf : Hidrojelin içine yerleştirilen pozitif yüklü makrohalka anyonları sudan çekerek bağlar.
Suyun içindeki istenmeyen anyonlar bir çok probleme sebep olurlar. Örneğin dünyada milyonlarca insan tehlikeli ve yüksek seviyelerde arsenat, florür ve nitrat içeren kuyu suyu içiyor. Tarımsal yüzey akışındaki fazla nitratlar ve fosfatlar göletlerde ve akarsularda alglerin aşırı çoğalmasına sebep oluyor. Ve sülfatlar radyoaktif atıkların güvenle depolanmasını engelliyor. Lehigh Üniversitesi’nden çalışmaya dahil olmayan Arup Sengupta ‘’ Bazı problemler akıl almayacak derecece büyük.’’ diyor.
Anyon ayırması için henüz evrensel bir çözüm bulunmamaktadır. Çoğunlukla su artıma tesislerinde ve taşınabilir su filtrelerinde kullanılan iyon değiştiricilerin hedefleri direk olarak anyonlar değil. Laboratuvarda çok etkili olan sıvı-sıvı ekstrasyonu organik çözücülerle çalıştığı için içme suyuna uygulanamıyor.
Texas Üniversitesi’nden L. Sessler’in grubu, yıllardır, kirleticileri çıkarmak için kolay bir yöntem olabilecek, anyonları çekip sudan çıkaran bir tür sünger yapmak için çalışıyorlar. Sessler, son zamanlarda Zhejiang Üniversitesi’nde çok moleküllü polimer uzmani Feihe Huang ve Jiangsu Üniversitesi’nden Lingliang Long ile işbirliği yaptı.
Anyon reseptörü görevini yerine getirebilmek için dört pozitif yük taşıyan esnek makrohalkalı bir bileşik sentezlediler. Bu bileşik sudaki anyonlar ile karşılaştığında, onları pozitif yüklü merkezin içine yerleştirir. Bilim adamları hidrojeli oluşturmak için polivinil alkol polimer ağına çapraz bağlayıcı olarak makrohalka eklediler.
Sessler en sonunda elde ettikleri şeyin ‘’ bütünüyle bir hidrojel’’ olduğunu söylüyor. ‘’Tofudan daha sağlam’’ ve parmaklarla veya cımbız ile işlenebilir. Önemli olarak, anyonları toplamak jele zarar vermez aksine onu güçlendirir.
Bilim adamları, 13 mg kuru hidrojel formundan, 100 µM nitrat, nitrit, sülfat, hidrojen sülfat, hidrojen sülfür, florür ve dört tane negatif yüklü organik boya (her biri 10 mL) çözeltilerine damlattılar. 48 saat sonra jel, dört organik boyanın %90’nından fazlasını içine çekti. Yakalanması zor olan küçük anyonlarda %68 yüksek oranda nitrat ve %47’sinden az florür elde edildi. Araştırmacılar, jelin yeniden kullanılabilir olduğunu buldular; seyreltik HCI anyonları serbest bırakıyor.
Sengupta, temizleyici olarak hidrojellerin takip edilmeye değer olduğunu söylüyor. Ancak, en büyük zorluğun, yüksek konsantrasyonda benign anyonları varlığında düşük konsantrasyondaki zararlı anyonların ayırılmasının olduğunu da ekliyor. Bu özel makrohalka henüz bunu yapamıyor, Sengupta “Onu daha seçici kılmak, ilerleyen hedeftir, inanıyorum.’’ dedi.
Nitekim, Sessler, kendisinin ve meslektaşlarının farklı ihtiyaçları karşılamak için anyon reseptörlerini uyarlama üzerinde çalıştıklarını, hatta hidrojel içine birden fazla reseptörü eklediklerini söylüyor. Sessler, bu reseptörün, sülfatı nükleer atıklardan ayırmaya da etki edebileceğini düşünüyor. Genel strateji, yine de, birçok su bazlı sisteme uyarlanabilir. Su arıtımı için özel hidrojeller yaratma partisine katılmaları için başkalarını da etkilemeyi umuyor.
Kaynak : acs.org
