Презентація Соні Витикачової (лютий 2021)
З давніх часів люди знали, що срібло вбиває або зупиняє ріст багатьох мікроорганізмів. Гіппократ, батько медицини, використовує срібні вироби для лікування виразок та загоєння ран. До впровадження антибіотиків у 1940-х роках колоїдне срібло (дрібні частинки, зважені в рідині) було основою для лікування опіків, інфікованих ран та виразок. Срібло досі використовується в пов'язках для ран, кремах і як покриття на медичних виробах.
Починаючи з 1990-х років, виробники додавали наночастинки срібла до багатьох споживчих товарів для посилення їх антибактеріальних та антипорних властивостей. Прикладами є одяг, рушники, білизна, шкарпетки, зубна паста та м’які іграшки. Наночастинки - це дуже дрібні частинки діаметром від 1 до 100 нанометрів - занадто малі, щоб їх можна було спостерігати під мікроскопом. Згідно з широко цитованою базою даних, близько чверті споживчих наноматеріалів, які зараз продаються в США, містять наносрібло.
Кілька досліджень повідомляють, що наносрібло є результатом текстилю при пранні. Дослідження також показують, що наносрібло може бути токсичним для людини та водних та морських організмів. Хоча широко використовується, мало що зрозуміло про його долю чи довгостроковий токсичний вплив на навколишнє середовище.
Ми розробляємо способи перетворити цю потенційну екологічну кризу на можливість, витягуючи із стічних вод білизни чисті наночастинки срібла, які мають багато промислових застосувань. У нещодавно опублікованому дослідженні ми описуємо техніку видобутку срібла та обговорюємо ключові технічні проблеми. Наш підхід вирішує цю проблему у джерела - в даному випадку окремі пральні машини. Ми вважаємо, що ця стратегія має великі перспективи для отримання нових виявлених забруднень зі стічних вод.
Текстильні срібні човни
Використання наносрібла в споживчих товарах протягом останнього десятиліття неухильно зростає. Частка ринку текстилю на основі срібла зросла з 9% у 2004 році до 25% у 2011 році.
Кілька дослідників виміряли вміст срібла в текстильних виробах і виявили значення від 0, 009 до 21, 600 міліграмів срібла на кілограм тканини. Дослідження показують, що кількість вимивання срібла в розчині для прання залежить від багатьох факторів, включаючи взаємодію між миючим засобом та іншими хімічними речовинами та спосіб прикріплення срібла до тканин.
У людей вплив срібла може пошкодити клітини печінки, шкіру та легені. Тривалий вплив або вплив великої дози може спричинити стан під назвою Аргирія, при якому шкіра жертви стає синьо-сірою.
Срібло токсично для багатьох мікроорганізмів та водних організмів, включаючи зебру, райдужну форель та зоопланктон.
Як тільки срібло потрапляє в каналізацію і потрапляє на очисні споруди, воно може потенційно пошкодити процеси очищення бактерій, роблячи його менш ефективним та недобросовісним очисним пристроєм. Більше 90% наночастинок срібла, що виділяються у стічні води, потрапляють на багаті поживними речовинами біосоліди, які залишаються в кінці очищення стічних вод, які часто використовуються на ґрунті як сільськогосподарські добрива.
Це створює кілька ризиків. Якщо рослини забирають срібло з грунту, вони можуть концентрувати його та вводити в харчовий ланцюг. Його також можна вимивати в підземні води або змивати в річки штормом або ерозією.
Обробка води на пральній машині біля джерела
Наші дослідження показують, що найбільш ефективним способом видалення срібла зі стічних вод є пральна машина. На даний момент концентрації срібла відносно високі, і срібло спочатку вивільняється з обробленого одягу у відновлюваній хімічній формі.
Після промивання білизни на очисних спорудах та змішування її зі стічними водами та водою з інших джерел концентрації срібла значно знижуються і можуть перетворюватися в різні хімічні форми.
Тут корисно трохи хімії. Наш метод відновлення використовує широко використовуваний хімічний процес, який називається іонообміном. Іони - це атоми або молекули, що мають електричний заряд. При іонному обміні тверді речовини та рідини поєднуються між собою та обмінюються між собою іонами.
Наприклад, домашнє мило погано росте в «жорсткій» воді, що містить високий рівень іонів, таких як магній і кальцій. Багато фільтрів для побутової води використовують іонообмін, щоб «пом’якшити» воду і замінити ці матеріали іншими іонами, які не впливають на її властивості однаково.
Щоб цей процес працював, іони, які перемикають місця, повинні бути заряджені як позитивно, так і негативно. Наносрібло спочатку виділяється з текстилю у вигляді іона срібла, який є катіоном - позитивно зарядженим іоном (звідси знак плюса в його хімічному символі Ag +).
Навіть у джерела видалення срібла з промивних відходів утруднене. Концентрації срібла в промивному розчині порівняно низькі порівняно з іншими катіонами, такими як кальцій, який може перешкоджати процесу видалення. Миючий засіб ще більше ускладнює зображення, оскільки деякі компоненти миючого засобу можуть потенційно реагувати на срібло.
Для відновлення срібла без підняття інших хімічних речовин у процесі відновлення повинні використовуватися матеріали, що мають хімічну спорідненість до срібла. У попередньому дослідженні ми описали потенційне рішення: використання іонообмінних матеріалів, вкладених у хімічні речовини на основі сірки, які переважно зв'язуються зі сріблом.
У нашому новому дослідженні ми пропустили промивну воду через колонку із іонообмінною смолою та проаналізували, як кожен основний миючий компонент взаємодіяв із сріблом у воді та впливав на здатність смоли видаляти срібло з води. Маніпулюючи умовами процесу, такими як рН, температура та концентрація сховищ без посилення, ми змогли визначити умови, які максимізують регенерацію срібла.
Ми виявили, що рН та рівні іонів кальцію (Ca 2+) були вирішальними факторами. Більш високі рівні іонів водню або кальцію пов'язують компоненти миючих засобів і перешкоджають їх взаємодії з іонами срібла, так що іонообмінна смола може видалити срібло з розчину. Ми також виявили, що деякі компоненти миючих засобів, особливо відбілювачі та пом'якшувачі води, змусили іонообмінну смолу працювати менш ефективно. Залежно від цих умов ми отримали від 20% до 99% срібла в промивній воді.
Отримані нами результати можуть стимулювати дослідження альтернативних складів миючих засобів, що покращують регенерацію срібла. Вони також показують, що технологія іонообміну може відновити сліди срібла з води, що містить високий рівень миючого засобу.
Майбутнє очищення стічних вод
В даний час стічні води отримуються з кількох джерел, таких як будинки та підприємства, і направляються на великі відстані до централізованих очисних споруд. Однак дедалі більше доказів свідчать про те, що ці споруди недостатньо обладнані, щоб уникнути забруднень із навколишнього середовища, оскільки вони використовують загальну схему поводження з різними потоками відходів.
Ми вважаємо, що майбутнє за децентралізованими системами, які можуть очищати різні типи стічних вод за допомогою специфічних технологій, розроблених спеціально для матеріалів, які вони містять. Якщо стічні води з білизни містять забруднювачі, що відрізняються від стічних вод у ресторанах, навіщо поводитися з ними однаково?
Наш підхід є більш ефективним та дієвим способом вирішення нових екологічних проблем - потенційно простим кроком, ніж встановлення спеціального картриджа для очищення води у вашій пральній машині.