Soni Vytykáčová előadása (2021. február)

mosásban

Az ókortól kezdve az emberek tudták, hogy az ezüst megöli vagy megállítja számos mikroorganizmus növekedését. Hippokratész, a gyógyszer atyja ezüsttermékeket alkalmaz a fekélyek kezelésére és a sebek gyógyítására. Az antibiotikumok 1940-es évekbe történő bevezetéséig a kolloid ezüst (folyadékban szuszpendált apró részecskék) volt az alapja az égési sérülések, a fertőzött sebek és fekélyek kezelésének. Az ezüstöt továbbra is használják sebkötözőkben, krémekben és az orvosi eszközök bevonataként.

Az 1990-es évek óta a gyártók ezüst nanorészecskéket adtak számos fogyasztási cikkhez, hogy javítsák antibakteriális és antipórás tulajdonságukat. Ilyen például a ruházat, törölköző, fehérnemű, zokni, fogkrém és puha játékok. A nanorészecskék nagyon kicsi részecskék, amelyek átmérője 1-100 nanométer - túl kicsi ahhoz, hogy mikroszkóp alatt megfigyelhető legyen. Egy széles körben idézett adatbázis szerint az Egyesült Államokban jelenleg értékesített fogyasztói nanoanyagok körülbelül egynegyede tartalmaz nanoszintet.

Számos tanulmány arról számolt be, hogy a nanoszintet textilekből nyerik, ha mosnak. A kutatások azt is kimutatták, hogy a nanoszintetikus mérgező lehet az emberekre, valamint a vízi és tengeri élőlényekre. Bár széles körben használják, kevéssé értenek a sorsától vagy a környezetben fellépő hosszú távú toxikus hatásoktól.

Kidolgozzuk a lehetőségeket arra, hogy ezt a potenciális környezeti válságot alkalmassá tegyük azáltal, hogy a mosodai szennyvízből visszanyerjük a tiszta, sok ipari felhasználású ezüst nanorészecskét. Egy nemrégiben publikált tanulmányban leírjuk az ezüst visszanyerésének technikáját és megvitatjuk a legfontosabb technikai kihívásokat. Megközelítésünk megoldja ezt a problémát a forrásnál - ebben az esetben az egyedi mosógépeket. Úgy gondoljuk, hogy ez a stratégia nagy ígéreteket támaszt az újonnan azonosított szennyezők megszerzésére a szennyvízből.

Textil ezüst csónakok

A nanoszint felhasználása a fogyasztási cikkekben az elmúlt évtizedben folyamatosan növekedett. Az ezüstalapú textíliák piaci részesedése a 2004. évi 9% -ról 2011-re 25% -ra nőtt.

Több kutató megmérte a textilek ezüsttartalmát, és 0, 009 és 21 600 milligramm közötti ezüst/kilogramm szövet értéket talált. Tanulmányok azt mutatják, hogy az ezüst kimosódásának mértéke egy mosóoldatban sok tényezőtől függ, beleértve a mosószer és más vegyi anyagok kölcsönhatásait, valamint az ezüstnek a szövetekhez való kapcsolódását.

Emberben az ezüstnek való kitettség károsíthatja a májsejteket, a bőrt és a tüdőt. Hosszan tartó vagy nagy adagnak való kitettség az Argyria nevű állapotot okozhatja, amelyben az áldozat bőre kékesszürke lesz.

Az ezüst számos mikroorganizmusra és vízi organizmusra mérgező, beleértve a zebrát, a szivárványos pisztrángot és a zooplanktonot.

Miután az ezüst bejut a lefolyóba és szennyvíztisztító telepekre kerül, potenciálisan károsíthatja a baktériumok tisztítási folyamatait, kevésbé hatékony és gátlástalan tisztítóeszközzé téve. A szennyvízben felszabaduló ezüst nanorészecskék több mint 90% -a tápanyagban gazdag bioszolidokba kerül, amelyek a szennyvízkezelés végén maradnak, amelyet a talajon gyakran használnak mezőgazdasági trágyaként.

Ez számos kockázatot jelent. Ha a növények felveszik a talajból az ezüstöt, akkor koncentrálhatják és bevihetik az élelmiszerláncba. A talajvízbe is kioldható, vagy vihar vagy erózió hatására a folyókba mosható.

Vízkezelés a mosógépen a forrásnál

Kutatásunk azt mutatja, hogy a szennyvízből az ezüst eltávolításának leghatékonyabb módja a mosógép. Ezen a ponton az ezüstkoncentrációk viszonylag magasak, és az ezüst először visszanyerhető kémiai formában szabadul fel a kezelt ruhadarabból.

Miután a szennyvíztisztító telepekben leöblítette a ruhaneműt, és összekeverte más szennyvízzel és más forrásból származó vízzel, az ezüstkoncentráció jelentősen csökken, és különböző kémiai formákká alakítható.

Hasznos itt egy kis kémia. Visszanyerési módszerünk széles körben alkalmazott kémiai eljárást, az úgynevezett ioncserét használja. Az ionok olyan atomok vagy molekulák, amelyek elektromos töltéssel rendelkeznek. Az ioncserében a szilárd anyagok és a folyadékok összekapcsolódnak és ionokat cserélnek egymással.

Például a házszappanok nem nőnek jól olyan "kemény" vízben, amely magas szintű ionokat tartalmaz, például magnéziumot és kalciumot. Sok háztartási vízszűrő ioncserét használ a víz "lágyítására", és ezeket az anyagokat más ionokkal helyettesíti, amelyek ugyanúgy nem befolyásolják a tulajdonságait.

Ahhoz, hogy ez a folyamat működjön, a helyeket váltó ionoknak pozitív vagy negatív töltéssel kell rendelkezniük. A nanoszintet eredetileg ezüstionként szabadítják fel a textilekből, ami kation - pozitív töltésű ion (ezért a pluszjel kémiai szimbólumában Ag +).

Még az eredeténél is nehéz eltávolítani az ezüstöt a mosási hulladékból. A mosóoldatban az ezüst koncentrációja viszonylag alacsony más kationokhoz, például a kalciumhoz képest, ami zavarhatja az eltávolítási folyamatot. A mosószer tovább bonyolítja a képet, mert egyes mosószer-összetevők potenciálisan reagálhatnak ezüsttel.

Az ezüst visszanyeréséhez más vegyi anyagok emelése nélkül a visszanyerési folyamat során olyan anyagokat kell használni, amelyek kémiai affinitással rendelkeznek az ezüst iránt. Egy korábbi tanulmányban leírtunk egy lehetséges megoldást: Kénalapú vegyi anyagokba ágyazott ioncserélő anyagok használata, amelyek előnyösen kötődnek az ezüsthöz.

Új tanulmányunk során a mosóvizet átengedtük egy ioncserélő gyanta oszlopon, és elemeztük, hogy az egyes fő mosószer-komponensek hogyan hatnak egymással a vízben lévő ezüsttel, és hogyan befolyásolják a gyanta képességét az ezüst eltávolítására a vízből. A folyamat körülményeinek, például a pH, a hőmérséklet és a katekék koncentrációjának amplifikáció nélküli manipulálásával azonosítani tudtuk azokat a körülményeket, amelyek maximalizálják az ezüst regenerálódását.

Megállapítottuk, hogy a pH és a kalciumion szintek (Ca 2+) meghatározó tényezők. Magasabb szintű hidrogén- vagy kalciumionok kötik meg a mosószerek összetevőit, és megakadályozzák, hogy kölcsönhatásba lépjenek az ezüstionokkal, így az ioncserélő gyanta eltávolíthatja az ezüstöt az oldatból. Azt is tapasztaltuk, hogy a mosószerek egyes komponensei - különösen a fehérítő és a vízlágyítók - az ioncserélő gyantát kevésbé hatékonyan működtették. Ezektől a körülményektől függően 20–99% ezüstöt kaptunk a mosóvízben.

Eredményeink ösztönözhetik az alternatív detergenskészítmények kutatását, amelyek javítják az ezüst regenerálódását. Azt is mutatják, hogy az ioncserélő technológia nyomokban képes ezüst visszanyerésére olyan vízből, amely magas szintű mosószert tartalmaz.

A szennyvízkezelés jövője

Jelenleg a szennyvizet több forrásból nyerik, például otthonokból és vállalkozásokból, és nagy távolságokra vezetik a központosított szennyvíztisztító telepekhez. Az egyre növekvő bizonyítékok azonban azt sugallják, hogy ezek a létesítmények nincsenek megfelelően felszerelve ahhoz, hogy az újonnan azonosított szennyeződéseket ne tartsák a környezetben, mert sokféle hulladékáram kezelésére közös rendszert alkalmaznak.

Úgy gondoljuk, hogy a jövő olyan decentralizált rendszerekben rejlik, amelyek különféle szennyvizeket képesek speciálisan a bennük található anyagokra tervezett technológiákkal kezelni. Ha a mosodai szennyvíz más szennyező anyagokat tartalmaz, mint az éttermi szennyvíz, miért kezelje őket ugyanúgy?

Megközelítésünk hatékonyabb és eredményesebb módja az új környezeti problémák megoldásának - potenciálisan egyszerű lépés, mint egy speciális vízkezelő patron felszerelése a mosógépbe.