Koolstof nanobuisjes geïmmobiliseerd in een plukje kwartsvezel hebben de kracht om giftige zware metalen uit water te verwijderen, volgens onderzoekers van Rice University.

Bekroonde filters geproduceerd in het laboratorium van rijstchemicus Andrew Barron door de toenmalige middelbare scholier en hoofdauteur Perry Alagappan absorberen meer dan 99 procent van de metalen uit monsters beladen met cadmium, kobalt, koper, kwik, nikkel en lood. Eenmaal verzadigd, de filters kunnen worden gewassen met een milde huishoudelijke chemicaliën zoals azijn en opnieuw worden gebruikt.

De onderzoekers berekenden dat één gram van het materiaal 83, 000 liter verontreinigd water om te voldoen aan de normen van de Wereldgezondheidsorganisatie - genoeg om te voorzien in de dagelijkse behoeften van 11, 000 mensen.

De analyse van de nieuwe filters door het lab verschijnt deze maand in Nature's open access Wetenschappelijke rapporten .

De robuuste filters bestaan ​​uit koolstofnanobuisjes die op hun plaats zijn gegroeid op kwartsvezels die vervolgens chemisch worden geëpoxideerd. Laboratoriumtests toonden aan dat opgeschaalde versies van de "supported-epoxidized carbon nanotube" (SENT)-filters 5 liter water in minder dan een minuut konden behandelen en in 90 seconden konden worden vernieuwd. Het materiaal behield bijna 100 procent van zijn capaciteit om water te filteren tot 70 liter per 100 gram SENT, waarna de metalen erin konden worden geëxtraheerd voor hergebruik of omgezet in een vaste stof voor veilige verwijdering.

Terwijl het kwartssubstraat de filtervorm geeft en de koolstofnanobuisomhulsel het taai maakt, de epoxidatie via een oxiderend zuur lijkt het meest verantwoordelijk voor het adsorberen van het metaal, bepaalden ze.

Alagappán, nu een student aan de Stanford University, werd geïnspireerd om het project te starten tijdens een reis naar India, waar hij hoorde over de verontreiniging van het grondwater door de tonnen elektronisch afval:telefoons, computers en dergelijke - die ten onrechte op stortplaatsen belanden.

"Perry nam contact met me op om ervaring op te doen in laboratoriumonderzoek, "Zei Barron. "Omdat we een lopend project hadden gestart door Jessica Heimann, een student die een semester volgde aan de Jacobs University Bremen, dit was een perfecte match."

Barron zei dat de grondstoffen voor het filter goedkoop zijn en wees erop dat de omzetting van azijnzuur in azijn alomtegenwoordig is over de hele wereld, wat het recyclen van de filters voor hergebruik zou moeten vereenvoudigen, zelfs op afgelegen locaties. "Elke cultuur op de planeet weet hoe ze azijn moeten maken, " hij zei.

"Dit zou de grootste sociale impact hebben op eenheden op dorpsniveau die water kunnen behandelen in afgelegen, ontwikkelingsregio's, ' zei Barron. 'Echter, er is ook de mogelijkheid om de metaalwinning op te schalen, in het bijzonder uit mijnafvalwater."

Alagappans onderzoek won een reeks prijzen toen hij nog een middelbare scholier was in Clear Lake, een buitenwijk van Houston, evenals een bezoekende student in Barron's Rice lab. De eerste was de hoofdprijs voor milieuwetenschappen op de Science and Engineering Fair van Houston in 2014. Dat kwalificeerde hem om het volgende jaar deel te nemen aan de Intel International Science and Engineering Fair in Los Angeles, waar hij ook de hoogste milieuprijs won.

Hij sleepte dat in de hoofdprijs bij de Stockholm Junior Water Prize 2015 waar de kroonprinses van Zweden hem de eer schonk.

"Het was een enorme eer om op internationaal niveau erkend te worden voor dit onderzoek, en ik ben dankbaar voor de kans om aan dit project te werken samen met zo'n getalenteerde groep individuen, "Zei Alagappan. "Ik vond het ook bijzonder om andere jonge onderzoekers te ontmoeten op de Intel International Science Fair en de Stockholm Junior Water Prize, die me inspireerden met hun vastberaden inzet om de samenleving te verheffen door middel van wetenschap en technologie."