Kooldioxide uit de atmosfeer kan oplossen in oceanen, meren en vijvers, vorming van bicarbonaationen en andere verbindingen die de waterchemie veranderen, met mogelijke schadelijke effecten op in het water levende organismen. In aanvulling, bicarbonaat kan later als koolstofdioxide in de atmosfeer terugkeren, bijdragen aan klimaatverandering. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben kleine "nanojars, "veel kleiner dan de breedte van een mensenhaar, die bicarbonaat splitsen in carbonaat en het opvangen, evenals bepaalde giftige anionen, zodat de ionen kunnen worden verwijderd en mogelijk gerecycled.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

"We hebben oorspronkelijk nanojars ontwikkeld om schadelijke negatief geladen ionen te extraheren, zoals chromaat en arsenaat, van water, " zegt Gellert Mezei, doctoraat, die het werk op de vergadering presenteert. "Maar het blijkt dat ze ook sterk binden aan carbonaat." Carbonaat of andere ionen die in de nanojars zijn gevangen, kunnen later worden weggegooid of gerecycled tot bruikbare producten, hij zegt.

Nanojars zijn kleine containers die bestaan ​​uit meerdere herhalende eenheden van een koperion, een pyrazoolgroep en een hydroxide. De potjes vormen zich alleen wanneer een ion met een -2 lading, zoals chromaat, arsenaat, fosfaat of carbonaat, is aanwezig. Wanneer de juiste ingrediënten worden toegevoegd aan een organisch oplosmiddel, de herhalende eenheden vormen en assembleren in nanojars, met het -2 geladen anion stevig gebonden in het midden.

Om anionen uit water te verwijderen, de onderzoekers voegden het oplosmiddel toe dat de nanojar-componenten bevat, die een organische laag op het water vormden. "Het oplosmiddel vermengt zich niet met het water, maar de anionen uit het water kunnen deze organische laag binnendringen, " legt Mezei uit, die aan de Western Michigan University zit. "Vervolgens, de nanojars vormen en wikkelen zich om de ionen, door ze in de organische fase te vangen." Omdat de water- en organische lagen niet mengen, ze kunnen gemakkelijk worden gescheiden. Door de organische laag te behandelen met een zwak zuur vallen de nanojars uit elkaar, het vrijgeven van de anionen voor verwijdering of recycling.

De onderzoekers hebben nanojars gebruikt om giftige anionen uit water te verwijderen. "We hebben aangetoond dat we chromaat en arsenaat kunnen extraheren tot onder de door de US Environmental Protection Agency toegestane niveaus voor drinkwater - echt, echt lage niveaus, " zegt Mezei. De nanojars hebben een nog hogere affiniteit voor carbonaat, en het toevoegen van een molecuul genaamd 1, 10-fenantroline aan het mengsel produceert nanojars die elk twee carbonaationen binden in plaats van één.

Het team heeft ook nanojars gemaakt die selectief zijn voor bepaalde anionen. "De originele bouwsteen pyrazol maakt nanojars die volledig selectief zijn voor -2 geladen ionen, maar ze kunnen geen onderscheid maken tussen deze ionen, "zegt Mezei. Door twee pyrazolen te gebruiken die zijn vastgemaakt door een ethyleenlinker als bouwsteen, de onderzoekers maakten nanojars die bij voorkeur aan carbonaat binden. Recenter, ze hebben aangetoond dat het gebruik van twee pyrazolen met een propyleenlinker sulfaat-selectieve nanojars produceert. Deze anion-selectieve nanojars zullen belangrijk zijn voor toepassingen waarbij alleen bepaalde –2 geladen ionen moeten worden verwijderd.

De onderzoekers hebben ook gewerkt aan het geschikter maken van het proces voor toepassingen in de echte wereld. Bijvoorbeeld, ze hebben een zwakke basis verwisseld, trioctylamine, voor de sterke basis, natriumhydroxide, oorspronkelijk gebruikt om nanojars te maken. "Trioctylamine, in tegenstelling tot natriumhydroxide, is oplosbaar in de organische fase en maakt de vorming van de nanojars veel efficiënter, " zegt Mezei. Interessant is dat trioctylamine zorgt ervoor dat nanojars worden gevormd met enigszins verschillende structuren, die hij "afgetopte" nanojars noemt, maar ze lijken carbonaat net zo stevig te binden.

Tot dusver, alle experimenten zijn uitgevoerd op laboratoriumschaal. Een systeem ontwikkelen om grote hoeveelheden water te behandelen, zoals in een meer, vereist samenwerking met ingenieurs, zegt Mezei. Echter, hij stelt zich voor dat verontreinigd meerwater in een station kan worden gepompt voor behandeling en vervolgens kan worden teruggebracht naar het meer. Sommige ionen, zoals fosfaat, hergebruikt kunnen worden voor nuttige doeleinden, zoals kunstmest. Carbonaat kan worden gerecycled om "groene" oplosmiddelen te maken, carbonaatesters genoemd, voor de nanojar-extractie zelf. "Of dit proces voor het verwijderen van kooldioxide uit water –– en indirect, de atmosfeer –– zou concurreren met andere technologieën, dat weet ik nog niet, Mezei zegt. "Er zijn veel aspecten waarmee rekening moet worden gehouden, en dat is een lastige zaak."