Novostvoreni materijal dizajniran za brzo i efikasno adsorbiranje bakra nudi mogući pristup poboljšanju uklanjanja tog elementa iz otpadnih voda, uključujući uklanjanje otrovnih kiselina iz rudnika. Sastojeći se od uobičajeno dostupnih hemikalija, materijal bi mogao dovesti do isplativijeg pristupa uklanjanju bakra i možda drugih metala iz zagađenih izvora vode.

Poznat kao cink-imidazol salicilaldoksim supramolekula ili skraćeno ZIOS, materijal su razvili i testirali naučnici iz Nacionalne laboratorije Lawrence Berkeley, Univerzitet u Kaliforniji, Berkeley i i Nacionalni centar za istraživanje sinhrotronskog zračenja na Tajvanu. Istraživači su svoja otkrića predstavili u “Prirodno nadahnutim vodikom vezanim supramolekularnim kompleksom za selektivno uklanjanje bakarnih jona iz vode”, člankom objavljenim online u časopisu Nature Communications 7. avgusta 2020. godine.

„ZIOS nam pomaže da odaberemo i uklonimo samo bakar, onečišćivač u vodi koji je povezan sa bolestima i zatajenjem organa, bez uklanjanja poželjnih iona, poput hranjivih sastojaka ili esencijalnih minerala“, kaže dr. Ngoc Bui, vodeći autor članka, u novinskom izvještaju Berkeley Laba od 24. novembra. Bivši postdoktorski istraživač u Molecular Foundryju Berkeley Laba, Bui je sada docent hemijskog, biološkog i inženjeringa materijala na Univerzitetu u Oklahomi.

 „Ionska spužva“

Istraživači su razvili ZIOS kako bi smanjili energiju potrebnu za čišćenje tradicionalno nepitkih izvora vode, uključujući salamuru i vodu proizvedenu iz iskorištavanja nafte i plina. Sanacija takvih izvora vode predstavlja „izvanredan izazov“, kaže Jeff Urban, koautor članka i direktor Instituta za neorganske nanostrukture pri  Molecular Foundryju Berkeley Laba.

ZIOS uklanja bakar 30 do 50 puta brže od najsavremenijih adsorbenata bakra, navode autori u članku u časopisu.

Kako bi uspio kao isplativo sredstvo za uklanjanje bakra iz vode, adsorbent mora zadovoljiti više kriterija. “Obećavajući jonski adsorbent trebao bi pokazivati visoku kinetiku adsorpcije, velike adsorpcijske kapacitete čak i pri niskim nivoima zagađenja, selektivnost za ciljani ion, stabilnost u vodenom okruženju, skalabilnost, regenerabilnost i pristupačnost”, navodi se u članku. Međutim, „većina dosad istraženih materijala za hvatanje bakarnih iona često pati od jednog ili više nedostataka, poput niske selektivnosti, malog kapaciteta ili ograničene funkcije“, navodi se u članku. Štaviše, takvi materijali često zahtijevaju skupe sastojke ili pripravke.

Materijal ZIOS je vrsta organskog i anorganskog okvira vezanog vodikom, relativno nova klasa adsorbenta poznata po svojoj selektivnosti.

“ZIOS se može smatrati  ionskom spužvom”, kaže Urban. „To je materijal otvorenog okvira – dakle više praznog prostora od atoma – sa specifičnim hemijskim grupama dizajniranim da prevashodno vežu bakar. Sinteza se vrši jednostavnom reakcijom sobne temperature s osnovnim komercijalno dostupnim hemikalijama. To je, međutim, nova struktura našeg vlastitog dizajna.

Sastavljeni od trinuklearnih jedinica cinka (II) i organskih spojeva 2-metilimidazola i salicilaldoksima,

Potencijalna blagodat za okoliš

Sanacija odvodnje iz napuštenih rudnika koja sadrži teške metale nudi još jednu moguću primjenu za ZIOS. Kao dio svog istraživanja, naučnici su otkrili da je materijal pokazivao poboljšanu selektivnost bakarnih iona pri pH ispod 3. Kao poređenje, drenaža kiselih rudnika obično ima pH 4 ili niži, navodi se u  novinskom izvještaju Berkeley Laba.

Ako može pomoći u smanjenju troškova sanacije odvodnje kiselih  rudnika, ZIOS bi se mogao pokazati korisnim kao sredstvo za poboljšanje okoliša uz recikliranje dragocjenih resursa. Čišćenje odvodnje kiselih rudnika trenutno je “nevjerojatno skupo i dugotrajno”,.

Kao sljedeći korak, istraživači “planiraju ugraditi (ZIOS materijal) u jedinice za  separaciju kako bi testirali njegovu efikasnost na laboratorijskoj skali”, kaže Urban. Istraživački tim također radi na izmjeni ZIOS-a kako bi se uklonili i drugi materijali osim bakra. “Ovaj je materijal prilagođen bakru, ali predviđamo da ovu strukturu modificiramo kako bismo privukli druge interesantne ione”, kaže Urban. „Pregledamo rukopis koji to postiže za druge teške metale i zagađivače.