26 آگوست 2021
دی اکسید کربن از اتمسفر می‌تواند در اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و حوضچه‌ها حل شود و یون‌های بی کربنات و دیگر ترکیباتی را ایجاد کند که شیمی آب را تغییر می‌دهد که اثرات مضر احتمالی بر موجودات آبزی دارد. علاوه بر این، بی کربنات می‌تواند بعداً به عنوان دی اکسید کربن به جو وارد شود و به تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند. در حال حاضر، محققان نانوجار های بسیار کوچکتر از عرض موی انسان ایجاد کرده‌اند که بی کربنات را تقسیم کرده و آن را جذب می‌کند و همچنین آنیون‌های سمی خاصی ،و یون‌ها را می‌توان حذف و به طور بالقوه بازیافت کرد.
محققان نتایج خود را در نشست پاییزی انجمن شیمی آمریکا (ACS) ارائه می‌دهند که یک جلسه ترکیبی است که به صورت مجازی و حضوری 22-26 آگوست برگزار می‌شود.
دکتر گلرت مزعی، که کار خود را در این جلسه ارائه می‌دهد، می‌گوید: ما در ابتدا نانوجارها را برای استخراج یون‌های مضر منفی مانند کرومات و آرسنات از آب توسعه دادیم. اما معلوم می‌شود که آن‌ها به شدت به کربنات متصل می‌شوند. کربنات یا دیگر یون‌های گرفته شده در نانوجارها بعداً دفع یا بازیافت می‌شوند و به محصولات مفید تبدیل می‌شوند.
نانوجارها ظروف کوچکی هستند که از چندین واحد تکراری یون مس، گروه پیرازول و هیدروکسید تشکیل شده‌اند. آن‌ها تنها زمانی تشکیل می‌شوند که یونی با بار -2 مانند کرومات، آرسنات، فسفات یا کربنات وجود داشته باشد. هنگامی که مواد مناسب به یک حلال آلی اضافه می‌شوند، واحدهای تکراری تشکیل می‌شوند و در نانوجارها جمع می‌شوند، که با آنیون -2 بار محکم در مرکز محکم شده است.
برای حذف آنیون‌ها از آب، محققان حلال حاوی اجزای نانوجار را که یک لایه آلی در بالای آب تشکیل می‌دهند، اضافه کردند. وی که در دانشگاه میشیگان غربی است، می‌گوید: «حلال با آب مخلوط نمی‌شود، اما آنیون‌های موجود در آب می‌توانند وارد این لایه آلی شوند. سپس، نانوجارها تشکیل شده و در اطراف یون‌ها پیچیده می‌شوند و آن‌ها را در فاز آلی به دام می‌اندازند. از آن‌جا که لایه‌های آب و آلی با هم مخلوط نمی‌شوند، می‌توان آن‌ها را به راحتی جدا کرد. لایه آلی با یک اسید ضعیف باعث از بین رفتن نانوجارها شده و آنیون‌ها را برای دفع یا بازیافت رها می‌کند.
محققان از نانوجارها برای حذف آنیون‌های سمی از آب استفاده کرده‌اند. وی می‌گوید: «ما نشان دادیم که می‌توانیم کرومات و آرسنات را به سطوح زیر آب مجاز برای آب آشامیدنی از آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده واقعاً سطوح بسیار پایین استخراج کنیم.» میل نانوجارها به کربنات حتی بیشتر است و افزودن مولکولی به نام-فنانترولین به مخلوط، نانوجارهایی را تولید می‌کند که هر یک به جای یک یون دو یون کربناته را به هم متصل می‌کنند.
محققان همچنین در تلاش هستند تا این فرآیند را برای کاربردهای دنیای واقعی مناسب‌تر سازد. به عنوان مثال، آن‌ها یک پایه ضعیف، تری اکتیل آمین را با پایه قوی، هیدروکسید سدیم، که در ابتدا برای ساخت نانوجارها استفاده می‌شد، عوض کردند. مزی می‌گوید: «تریوکتیل آمین، بر خلاف هیدروکسید سدیم، در فاز آلی محلول است و تشکیل نانوجارها را بسیار کارآمد می‌کند.» جالب اینجاست که تری اکتیل آمین باعث ایجاد نانوجارها با ساختارهای کمی متفاوت می‌شود، که وی از آن‌ها به عنوان نانوجارهای درپوش دار یاد می‌کند، اما به نظر می‌رسد که آن‌ها کربنات را به همان اندازه محکم متصل می‌کنند.
تا کنون، تمام آزمایشات در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. او می‌گوید: توسعه یک سیستم برای تصفیه حجم زیادی از آب، مانند دریاچه، مستلزم همکاری مهندسان است. با این حال، او تصور می‌کند که آب آلوده دریاچه می‌تواند برای تصفیه به یک ایستگاه پمپ شود و سپس به دریاچه برگردد. برخی از یون‌ها مانند فسفات را می‌توان با اهداف مفید مانند کود بازیافت کرد. کربنات ممکن است برای بازیابی حلال‌های سبز، به نام استرهای کربنات، برای استخراج نانوجار خود بازیافت شود. مزعی می‌گوید: «این که آیا این فرآیند برای حذف دی اکسید کربن از آب – و غیر مستقیم، جو قابل رقابت با سایر فناوری‌ها است که من هنوز نمی‌دانم.»
