Железные наночастицы могут помочь лечить загрязненную воду – наша команда ученых создала их из добавок с истекшим сроком действия.

Сегодня примерно 1 800 000 акров земли в Соединенных Штатах используется для утилизации отходов свалки. С точки зрения объема, только США сгенерировали Более 290 миллионов тонн твердых отходов В 2018 году сумма, эквивалентная около 235 000 бассейнов с олимпийским размером, предполагая, что средняя плотность твердых отходов составляет половину тонны на кубический метр.

Примерно 9% – около 26 миллионов тонн – из этих отходов состоит из железа и стали. Это ресурсы со стабильной рыночной стоимостью, используемой в различных проектах гражданской инфраструктуры. Как команда из Инженеры -экологиМы хотели знать, можем ли мы использовать богатые железом отходы для производства наночастиц оксида железа-полезный инструмент для борьбы с загрязнением воды и строительным оборудованием.

Все о наночастицах

Наночастицы оксида железа состоят из атомов железа и кислорода и, из -за их размера, они демонстрируют уникальные физические и химические свойства. Они чрезвычайно маленькие, как правило, на наноразмерных-на один миллионный метр-диаметром.

Наночастицы оксида железа, которые мы синтезировали, представляли собой отличительную группу, называемую магнетитом и маггемитом. Первоначальные исследования показали, что наночастицы в этой группе могут Помогите наркотикам добраться до нужной части теладелать батареи в электромобилях более эффективно и улучшить датчики Для обнаружения токсичного газа, а также звука и движения.

Поскольку эти наночастицы изготовлены из железа, они как магнитные, так и стабильные. Их крошечный размер дает им большую площадь поверхности относительно их объема, что позволяет им захватывать загрязняющие вещества в воде. Кроме того, их магнитная природа делает их идеальными для строительства чрезвычайно маленьких и тонких электрических компонентов.

В нашей работе мы хотели найти новый способ производства их с помощью отходов. В нашем новом исследовании, Опубликовано в журнале RSC Sustainability JournalМы разработали экологичный метод для синтеза наночастиц оксида железа из истекших безрецептурных добавок железа. Этот подход не только придает ценность выброшенным продуктам, но и поддерживает более устойчивый и круговой метод производства.

Исследовательский процесс

Чтобы провести наше исследование, мы использовали метод под названием гидротермальная карбонизация Чтобы произвести эти магнитные наночастицы. Мы смогли найти большое количество срок действия железа от местного медицинского центра.

В процессе гидротермальной карбонизации используется турбированная версия той скороварки, которую вы можете иметь на вашей кухне. Для нашего рецепта мы объединили по 20 грамм каждая из истекших железных добавок и воды в реакторе специализированного давления. Затем мы приготовили смесь при 527 градусах по Фаренгейту (275 градусов по Цельсию) в течение шести до 12 часов. Под этой интенсивной температурой и давлением добавки сломались, которые производили крошечные частицы от 10 до 11 наномеров.

Конечный продукт включал твердый уголь, похожий на уголь, под названием Hydrochar, который составлял от 20% до 22% продукта. Гидрохар состоял из наночастиц оксида железа и графита, богатого углеродом материалом, который придавал гидрогоральному образу, похожим на уголь. Остальное стало газом и темной, лепесной жидкостью, отделенной от гидроэналогичного.

Гидротермальная карбонизация – не единственный метод, используемый для изготовления наночастиц оксида железа. Есть и другие традиционные методы, такие как копретификациякоторый включает в себя смешивание химических веществ с образованием твердых веществ. Другой метод пиролизгде материалы нагреваются в отсутствие кислорода. И наконец, газификациякоторый нагревает материалы в присутствии кислорода.

Эти методы обычно требуют более высокого ввода энергии, от 1292 до 1 832 градуса по Фаренгейту (от 700 до 1000 ° С) или суровых соли химических веществ. Напротив, гидротермальная карбонизация, метод, который мы использовали, является на водной основе и может происходить при низкой температуре.

Мы сравнили использование энергии нашего процесса гидротермальной карбонизации с другими методами и обнаружили, что у него есть Самое низкое воздействие на окружающую средуПолем

От загрязненной воды до очистки

Нам, созданные наночастицами оксида железа, очень полезны для очистки воды. Они есть Особенно хорошо удаляет масло и тяжелые металлы такие как свинец, кадмий, цинк и хром из воды. Это загрязняющие вещества, которые, как известно, вызывают серьезные Проблемы со здоровьем, включая ракПолем

Вы можете либо смешать их с загрязненной водой, либо позволить воде проходить через них, аналогично общему домашнему фильтру.

Чтобы проверить их производительность, мы смешали наши наночастицы оксида железа в образцах сточных вод, содержащих Метиленовый синий красительобычный загрязнитель в текстильных и производственных сточных водах. Мы обнаружили, что они удалили более 95% красителя, и, поскольку частицы магнитные, мы могли бы удалить их из обработанной воды, используя магнит, чтобы они не загрязняли воду.

В зависимости от типа загрязняющих веществ в воде, наночастицы оксида железа иногда могут быть повторно используется после того, как они снова нагреваютсяПолем

Двигаясь вперед

Мы произвели небольшое количество этих наночастиц в лаборатории для этого исследования. Однако большое количество железных отходов отправляется на свалки. К ним относятся такие материалы, как стальный ил и металлические отходы. Таким образом, теоретически, в будущем можно было создать гораздо больше этих наночастиц. Если они производятся в достаточно больших количествах, крупные системы фильтрации на сточных водах могут использовать эти частицы для обработки гораздо большего количества воды.

Но отходы свалки – это не все отходы. Богатые железом отходы могут быть загрязнены другими материалами, что делает его источники, сортируют и перерабатывая как ресурсные, так и дорогостоящие. Чтобы устойчиво расширить эту технологию, исследователи должны сначала преодолеть эти проблемы.

С яркой стороны, экономисты предсказывают что альтернативные металлы, включая наночастицы оксида железа, могут помочь удовлетворить производственные требования для будущие технологии и искусственный интеллектПолем Эти наночастицы могут быть использованы для производства высокопроизводительных вычислительных компонентов. Эти компоненты включают Магнитная память и полупроводники найдено в наших повседневных технологиях.

Много Критические металлы в настоящее время используются дорогие, дефицитные или геополитически чувствительный: кобальт, никель и литий. В результате наша команда начинает изучать, как этот метод на основе гидротермальной карбонизации может быть масштабирован и применен к другим типам отходов.

Наша долгосрочная цель-расширить набор инструментов для устойчивого производства наночастиц, продолжая решать как экологические проблемы, так и потребности в материалах для будущих инноваций.

(Ахмед Ибрагим Юнус – кандидат в экологический инженер, Технологический институт Грузии. Джо Франк Бозман III является доцентом кафедры гражданской и экологической инженерии и государственной политики, Технологический институт Грузии)

(Эта статья переиздана из разговора по лицензии Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью здесь: https://theconversation.com/iron-nanoparticles-can-help-treate, загрязненный water-our-team-fers-sceadists-created-te-of-ouped-supplements-260364)

Опубликовано – 10 августа 2025 г. 18:31