Wasser reinigen mit Nanomagneten

Es mag ein unwahrscheinlicher Weg erscheinen, Trinkwasser zu reinigen, aber Wissenschaftler der Rice University in Houston haben herausgefunden, dass Nanopartikel aus Rost verwendet werden können, um Arsen mit einer einfachen Magnetwelle zu entfernen.

Magnetische Nanopartikel aus Rost (hier in Rot und Orange dargestellt) neigen dazu, sich an Arsen zu binden. Wissenschaftler in Texas glauben, dass diese Eigenschaften sie ideal machen, um Arsen mit wenig mehr als einem Magneten aus kontaminiertem Brunnenwasser zu entfernen. (Bildnachweis: CBEN Rice University)

Arsen klebt am Rost, sagt Vicki Colvin , Chemiker am Rice Center for Biological and Environmental Nanotechnology. Und da Rost im Wesentlichen aus Eisenoxid besteht, neigt er dazu, magnetisch zu sein, sodass er mit einem Magneten mit geringer Leistung aus dem Wasser gezogen werden kann.



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Die Technik ist vielversprechend für die Behandlung von Millionen von Brunnen, von denen derzeit angenommen wird, dass sie mit gefährlichen Arsenkonzentrationen verseucht sind, sagt Colvin.

Tatsächlich sind nach Angaben der Weltbank fast 65 Millionen Menschen durch Arsen-bedingte Gesundheitsprobleme gefährdet, die hauptsächlich auf kontaminierte Brunnen zurückzuführen sind. Die Situation ist so schlimm, dass sie zur Schaffung eines Geldpreises in Höhe von 1 Million US-Dollar geführt hat Grainger-Herausforderung , die an alle vergeben wird, die eine praktische Lösung zur Entfernung von Arsen aus Brunnen in armen Ländern finden.

Das ist nicht nur in Entwicklungsländern ein Thema, sagt Proctor Reid, Programmdirektor bei der Nationale Akademie für Ingenieurwissenschaften , in Washington, D.C., die die Grainger Challenge ins Leben rief. In New Mexico gebe es sogar arsenverseuchte Brunnen, sagt er.

Rost ist bekannt für seine Fähigkeit, sich an Arsen zu binden, sagt Scott Fendorf , ein Bodenwissenschaftler an der Stanford University. Viele der bestehenden Techniken beruhen auf Eisenoxid als Fänger, sagt er.

Durch das Hinzufügen von Rost-Nanopartikeln zu Wasser kann das Eisenoxid noch effektiver sein, und es sind keine teuren Hardware und komplexen Maschinen erforderlich, sagt Colvin. Wenn Sie klein gehen, erhalten Sie viel Oberfläche, was bedeutet, dass Sie weniger Material benötigen, um den Inhalt zu behandeln.

Bisher dachte man jedoch, dass solche Partikel mit einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern starke Elektromagnete benötigen, um Felder zu erzeugen, die stark genug sind, um lokale Kräfte zu überwinden, die auf die winzigen Partikel wirken.

Aber Colvins Team, das seine Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlichte Wissenschaft , zeigt, dass selbst Magnete mit geringer Leistung den Trick machen können. Die Teilchen interagieren magnetisch, erklärt sie. Dadurch können sie sich zumindest magnetisch wie ein größerer Magnet verhalten und somit wie ein solcher beeinflusst werden.


Colvin und Kollegen wiederholten dann ihr Experiment, diesmal mit arsenverseuchtem Wasser. Sie fanden heraus, dass der Arsengehalt des Wassers beim Entfernen der Nanopartikel weit unter den von der Umweltschutzbehörde als sicher eingestuften Wert gesenkt wurde.

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Zur Entfernung von Arsen werden derzeit verschiedene Techniken eingesetzt, die von Zentrifugen bis hin zu Filtersystemen reichen. Da die Technologien zur Arsensanierung oft in abgelegenen Gebieten mit begrenztem Zugang zu Strom eingesetzt werden müssen, ist es wichtig, dass sie so einfach wie möglich sind und keinen Strom benötigen, sagt Reid.

Die Rice-Technik könnte einen weitaus praktischeren Ansatz bieten. Während Colvins Experimente relativ teure Nanopartikel verwendeten, ist sie zuversichtlich, dass ultrakleine Rostpartikel einfach und kostengünstig erzeugt werden können. Die Magnete können von den Festplatten alter Computer wiederhergestellt werden, von denen viele in Südostasien landen, sagt sie.

Dies sei ein Fortschritt für die Wasseraufbereitung im Allgemeinen, sagt Fendorf. Aber das Aufwischen des Arsens sei nur ein Teil des Problems, sagt er. Es bleibt eine große Frage, was mit dem Arsen zu tun ist, wenn es aus dem Wasser entfernt wurde. Es bleibt schließlich ein Gesundheitsrisiko.

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