Prezentarea lui Soni Vytykáčová (februarie 2021)

rufelor

Din cele mai vechi timpuri, oamenii știau că argintul ucide sau oprește creșterea multor microorganisme. Hipocrate, tatăl medicinei, folosește produse din argint pentru a trata ulcerele și a vindeca rănile. Până la introducerea antibioticelor în anii 1940, argintul coloidal (particule mici suspendate în lichid) a stat la baza tratamentului arsurilor, rănilor infectate și ulcerelor. Argintul este încă folosit în pansamente, creme și ca strat de acoperire pentru dispozitivele medicale.

Din anii 1990, producătorii au adăugat nanoparticule de argint la multe produse de larg consum pentru a-și îmbunătăți proprietățile antibacteriene și antipore. Exemplele includ îmbrăcăminte, prosoape, lenjerie, șosete, pastă de dinți și jucării moi. Nanoparticulele sunt particule foarte mici, cu un diametru de la 1 la 100 nanometri - prea mici pentru a fi observate la microscop. Conform unei baze de date citate pe scară largă, aproximativ un sfert din nanomaterialele pentru consumatori vândute în prezent în Statele Unite conțin nanosilver.

Mai multe studii arată că nanosilverul rezultă din textile atunci când este spălat. Cercetările arată, de asemenea, că nanosilverul poate fi toxic pentru oameni și pentru organismele acvatice și marine. Deși este utilizat pe scară largă, se înțelege puțin despre soarta sau efectele toxice pe termen lung asupra mediului.

Dezvoltăm modalități de a transforma această potențială criză de mediu într-o oportunitate prin recuperarea nanoparticulelor de argint pur, care au multe aplicații industriale, din apele uzate de rufe. Într-un studiu publicat recent, descriem tehnica recuperării argintului și discutăm provocările tehnice cheie. Abordarea noastră rezolvă această problemă la sursă - în acest caz mașini de spălat individuale. Credem că această strategie are o mare promisiune de a obține contaminanți nou identificați din apele uzate.

Barci din argint textile

Utilizarea nanosilver în produsele de larg consum a crescut constant în ultimul deceniu. Cota de piață a textilelor pe bază de argint a crescut de la 9% în 2004 la 25% în 2011.

Mai mulți anchetatori au măsurat conținutul de argint al textilelor și au găsit valori cuprinse între 0, 009 și 21.600 miligrame de argint pe kilogram de țesătură. Studiile arată că cantitatea de levigare a argintului într-o soluție de spălare depinde de mulți factori, inclusiv interacțiunile dintre detergent și alte substanțe chimice și modul în care argintul este atașat la țesături.

La om, expunerea la argint poate afecta celulele ficatului, pielea și plămânii. Expunerea prelungită sau expunerea la o doză mare poate provoca o afecțiune numită Argyria, în care pielea victimei devine albastru-gri.

Argintul este toxic pentru multe microorganisme și organisme acvatice, inclusiv zebra, păstrăvul curcubeu și zooplanctonul.

Odată ce argintul cade în scurgere și ajunge în stațiile de tratare a apelor uzate, poate deteriora procesele de tratare a bacteriilor, făcându-l un dispozitiv de tratament mai puțin eficient și lipsit de scrupule. Mai mult de 90% din nanoparticulele de argint eliberate în apele uzate ajung pe biosolide bogate în nutrienți, care rămân la sfârșitul tratamentului apelor uzate, care este adesea utilizat pe sol ca îngrășăminte agricole.

Acest lucru prezintă mai multe riscuri. Dacă plantele preiau argintul din sol, l-ar putea concentra și introduce în lanțul trofic. De asemenea, poate fi levigat în apele subterane sau spălat în râuri prin furtună sau eroziune.

Tratarea apei pe mașina de spălat la sursă

Cercetările noastre arată că cel mai eficient mod de a îndepărta argintul din apele uzate este în mașina de spălat. În acest moment, concentrațiile de argint sunt relativ mari, iar argintul este mai întâi eliberat din îmbrăcămintea tratată într-o formă chimică care poate fi recuperată.

După clătirea rufelor în stațiile de tratare a apelor uzate și amestecarea acestora cu apa uzată și apă din alte surse, concentrațiile de argint sunt semnificativ reduse și pot fi transformate în diferite forme chimice.

Un pic de chimie este util aici. Metoda noastră de recuperare utilizează un proces chimic utilizat pe scară largă numit schimb de ioni. Ionii sunt atomi sau molecule care au o sarcină electrică. În schimbul de ioni, solidele și lichidele se combină între ele și schimbă ioni între ele.

De exemplu, săpunurile de uz casnic nu cresc bine în apa „dură” care conține niveluri ridicate de ioni precum magneziu și calciu. Multe filtre de apă menajere utilizează schimbul de ioni pentru a „înmuia” apa și înlocuiesc aceste materiale cu alți ioni care nu îi afectează în același mod proprietățile.

Pentru ca acest proces să funcționeze, ionii care schimbă site-ul trebuie să fie încărcați pozitiv sau negativ. Nanosilver-ul este inițial eliberat din textile sub formă de ion argintiu, care este un cation - un ion încărcat pozitiv (de aici semnul plus din simbolul său chimic Ag +).

Chiar și la sursă, îndepărtarea argintului din spălarea deșeurilor este dificilă. Concentrațiile de argint din soluția de spălare sunt relativ scăzute în comparație cu alți cationi, cum ar fi calciu, care ar putea interfera cu procesul de îndepărtare. Detergentul complică și mai mult imaginea, deoarece unele componente ale detergentului pot reacționa cu argintul.

Pentru a recupera argintul fără a ridica alte substanțe chimice, procesul de recuperare trebuie să utilizeze materiale care au o afinitate chimică pentru argint. Într-un studiu anterior, am descris o soluție potențială: utilizarea materialelor de schimb ionic încorporate în substanțele chimice pe bază de sulf care se leagă preferențial de argint.

În noul nostru studiu, am trecut apa de spălare printr-o coloană de rășină schimbătoare de ioni și am analizat modul în care fiecare componentă majoră a detergentului a interacționat cu argintul din apă și a afectat capacitatea rășinii de a elimina argintul din apă. Prin manipularea condițiilor procesului precum pH-ul, temperatura și concentrația cateheilor fără amplificare, am putut identifica condițiile care maximizează regenerarea argintului.

Am constatat că pH-ul și nivelul ionilor de calciu (Ca 2+) au fost factori decisivi. Nivelurile mai ridicate de ioni de hidrogen sau calciu leagă componentele detergenților și le împiedică să interacționeze cu ionii de argint, astfel încât rășina schimbătoare de ioni să poată îndepărta argintul din soluție. De asemenea, am constatat că unele componente ale detergenților - în special înălbirea și dedurizatorii de apă - au făcut ca rășina schimbătoare de ioni să funcționeze mai puțin eficient. În funcție de aceste condiții, am obținut între 20% și 99% argint în apa de spălare.

Descoperirile noastre pot stimula cercetarea compozițiilor alternative de detergenți care îmbunătățesc regenerarea argintului. De asemenea, arată că tehnologia de schimb ionic poate recupera urme de argint din apă care conține niveluri ridicate de detergent.

Viitorul epurării apelor uzate

În prezent, apele uzate sunt obținute din mai multe surse, cum ar fi locuințe și afaceri, și sunt direcționate pe distanțe lungi către stații de epurare centralizate. Cu toate acestea, dovezi din ce în ce mai mari sugerează că aceste instalații nu sunt suficient echipate pentru a menține contaminanții nou identificați din mediul înconjurător, deoarece utilizează un sistem comun pentru tratarea multor fluxuri de deșeuri diferite.

Credem că viitorul constă în sisteme descentralizate care pot trata diferite tipuri de ape uzate cu tehnologii specifice concepute special pentru materialele pe care le conțin. Dacă efluenții de rufe conțin poluanți diferiți decât efluenții din restaurante, de ce să-i tratați în același mod?

Abordarea noastră este un mod mai eficient și mai eficient de a rezolva noi probleme de mediu - un pas potențial simplu decât instalarea unui cartuș special de tratare a apei în mașina de spălat.