Om ze 'slim' te maken, ontwikkelde het team een ​​techniek om fosfonzuurmoleculen op de bollen van nanometerformaat te bevestigen. "Nadat we een laag moleculen aan de ijzeroxidekernen hebben toegevoegd, zien ze eruit als haren die uit de oppervlakken van deze deeltjes steken", zegt Halik, werkzaam aan de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Vervolgens kunnen de onderzoekers, door te veranderen wat aan de andere kant van de fosfonzuren gebonden is, de eigenschappen van de oppervlakken van de nanodeeltjes afstemmen om verschillende soorten verontreinigende stoffen sterk te adsorberen.

Vroege versies van slimme roest hielden ruwe olie vast uit water verzameld uit de Middellandse Zee en glyfosaat uit vijverwater verzameld in de buurt van de universiteit van de onderzoekers. Bovendien heeft het team aangetoond dat slimme roest nano- en microplastics kan verwijderen die zijn toegevoegd aan laboratorium- en rivierwatermonsters.

Tot nu toe heeft het team zich gericht op verontreinigende stoffen die in veelal grote hoeveelheden aanwezig zijn. Lukas Müller, een afgestudeerde student die nieuw werk presenteert op de bijeenkomst, wilde weten of hij de roestnanodeeltjes kon aanpassen om sporenverontreinigingen, zoals hormonen, aan te trekken. Wanneer een deel van de hormonen van het menselijk lichaam wordt uitgescheiden, worden ze in het afvalwater gespoeld en komen ze uiteindelijk in de waterwegen terecht. Natuurlijke en synthetische oestrogenen zijn zo'n groep hormonen, en de belangrijkste bronnen van deze verontreinigingen zijn afval van mensen en vee. In het milieu zijn de hoeveelheden oestrogenen zeer laag, zegt Müller, en daarom zijn ze moeilijk te verwijderen. Toch is aangetoond dat zelfs deze niveaus het metabolisme en de voortplanting van sommige planten en dieren beïnvloeden, hoewel de effecten van lage niveaus van deze verbindingen op mensen gedurende lange perioden niet volledig bekend zijn.

"Ik begon met het meest voorkomende oestrogeen, estradiol, en vervolgens met vier andere derivaten die vergelijkbare moleculaire structuren delen", zegt Müller. Oestrogeenmoleculen hebben een omvangrijk steroïdlichaam en delen met lichte negatieve ladingen. Om beide eigenschappen te benutten, bedekte hij nanodeeltjes van ijzeroxide met twee sets verbindingen:een die lang was en een andere die positief geladen was. De twee moleculen organiseerden zichzelf op het oppervlak van de nanodeeltjes, en de onderzoekers veronderstellen dat ze samen vele miljarden 'zakjes' bouwen die het estradiol naar binnen zuigen en op zijn plaats houden.

Omdat deze zakjes onzichtbaar zijn voor het blote oog, heeft Müller hightech instrumenten gebruikt om te verifiëren dat deze oestrogeenvangende zakjes bestaan. Voorlopige resultaten laten een efficiënte extractie van de hormonen uit laboratoriummonsters zien, maar de onderzoekers moeten kijken naar aanvullende experimenten op het gebied van kernspinresonantiespectroscopie in vaste toestand en neutronenverstrooiing onder kleine hoeken om de pockethypothese te verifiëren. "We proberen verschillende puzzelstukjes te gebruiken om te begrijpen hoe de moleculen zich daadwerkelijk op het oppervlak van de nanodeeltjes verzamelen", legt Müller uit.

In de toekomst zal het team deze deeltjes testen op echte watermonsters en bepalen hoe vaak ze kunnen worden hergebruikt. Omdat elk nanodeeltje een groot oppervlak met veel vakjes heeft, zeggen de onderzoekers dat ze in staat moeten zijn om oestrogenen uit meerdere watermonsters te verwijderen, waardoor de kosten per reiniging omlaag gaan. "Door deze deeltjes herhaaldelijk te recyclen, zou de materiële impact van deze waterbehandelingsmethode heel klein kunnen worden", besluit Halik.

Meer informatie: Slimme roest om water te zuiveren van hormonen, ACS herfst 2023

Aangeboden door American Chemical Society