“Pisau Swiss Army” yang baru membersihkan polusi air

Rekan penulis Vinayak Dravid dan Stephanie Ribet memeriksa pembuangan fosfat dan substrat pemulihan mereka. Kredit: Universitas Northwestern

Pertama kali digunakan untuk merendam minyak dalam air, spons baru menyerap kelebihan fosfat dari air.

Pencemaran fosfat di sungai, danau, dan aliran air lainnya telah mencapai tingkat yang berbahaya, menyebabkan bunga alga membuat ikan kelaparan dan tanaman air beroksigen. Sementara itu, petani di seluruh dunia menyetujui berkurangnya pasokan pupuk fosfat yang memberi makan setengah dari makanan dunia.

Terinspirasi oleh banyak saluran air di dekat Chicago, a Universitas NorthwesternTim yang dipimpin telah mengembangkan cara untuk berulang kali menghilangkan dan menggunakan kembali fosfat dari air yang tercemar. Para peneliti membandingkan pengembangan dengan “pisau Swiss Army” untuk remediasi polusi sambil menyesuaikan membrannya untuk menyerap dan kemudian melepaskan polutan lainnya.

Penelitian ini akan dipublikasikan selama pekan tanggal 31 Mei 2021 di Prosiding National Academy of Science.

Fosfor mendukung sistem pangan dunia dan semua kehidupan di bumi. Setiap organisme hidup di planet ini membutuhkannya: fosfor ditemukan di membran sel, cangkang DNA dan di kerangka kita. Meskipun elemen kunci lainnya seperti oksigen dan nitrogen dapat ditemukan di atmosfer, fosfor tidak memiliki analog. Bagian kecil dari fosfor yang dapat digunakan berasal dari kerak bumi, yang membutuhkan waktu ribuan atau bahkan jutaan tahun untuk bekerja. Dan tambang kami berakhir.

Sebuah artikel tahun 2021 di The Atlantic karya Julia Rosen mengutip esai Isaac Asimov pada tahun 1939, di mana penulis dan ahli kimia Amerika menyebut fosfor sebagai “penghambat kehidupan”.

Mengingat kelangkaan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui ini, sungguh ironis bahwa banyak danau kita mengalami proses yang disebut eutrofikasi, yang terjadi ketika terlalu banyak nutrisi yang masuk ke sumber air alami. Ketika fosfat dan mineral lainnya menumpuk, vegetasi air dan ganggang menjadi terlalu padat, menguras oksigen dari air dan pada akhirnya membunuh kehidupan akuatik.

“Kami menggunakan lebih banyak fosfat,” kata Stephanie Ribet, penulis pertama makalah tersebut. “Sekarang kami hanya menariknya dari tanah, menggunakannya sekali dan membuangnya ke sumber air setelah digunakan. Jadi, ini masalah polusi, masalah keberlanjutan, dan masalah ekonomi melingkar.”

Ahli ekologi dan insinyur secara tradisional mengembangkan taktik untuk mengatasi masalah lingkungan dan kesehatan masyarakat yang berkembang di sekitar fosfat dengan menghilangkan fosfat dari sumber air. Baru belakangan ini penekanan telah dihilangkan dari pemindahan ke pemulihan fosfat.

“Anda selalu dapat melakukan hal-hal tertentu di lingkungan laboratorium,” kata Vinayak Dravid, penulis terkait studi tersebut. “Tapi ada Diagram Venn dalam hal penskalaan, di mana Anda harus mampu menskalakan teknologi, Anda ingin efektif dan Anda ingin dapat diakses. Tidak ada apa pun di persimpangan tiga yang pertama itu, kecuali tujuan tampaknya menjadi platform yang memenuhi semua kriteria ini ”.

Dravid adalah Abraham Harris Profesor Ilmu dan Teknik Material di Sekolah Teknik McCormick Northwestern, direktur pendiri Pusat Eksperimental Universitas Northwestern untuk Karakterisasi Atom dan Skala Nano (NUANCE), dan direktur Sumber Daya Eksperimental Nanoteknologi Tipis dan Hibrid (SHyNE). Dravid juga menjabat sebagai direktur inisiatif global untuk Northwest International Institute of Nanotechnology. Ribet adalah seorang Ph.D. siswa di laboratorium Dravid dan penulis pertama makalah.

Membran Elimination and Recovery Light Phosphate (PEARL) tim adalah substrat berpori dan fleksibel (seperti spons berlapis, kain, atau serat) yang secara selektif menyerap hingga 99% ion fosfat dari air yang tercemar. Dilapisi dengan struktur nano terikat fosfat, membran PEARL dapat disesuaikan dengan mengontrol pH untuk menyerap atau melepaskan nutrisi untuk memungkinkan pemulihan fosfat dan penggunaan kembali membran untuk beberapa siklus.

Metode saat ini untuk menghilangkan fosfat didasarkan pada metode multi-langkah yang kompleks, panjang, dan panjang. Kebanyakan dari mereka bahkan tidak memulihkan fosfat selama pembuangan dan pada akhirnya menghasilkan limbah fisik dalam jumlah besar. Membran PEARL menyediakan proses satu langkah sederhana untuk menghilangkan fosfat yang juga akan memulihkannya secara efektif. Ini juga dapat digunakan kembali dan tidak menghasilkan limbah fisik.

Menggunakan sampel dari Distrik Pemulihan Air Chicago, para peneliti menguji teori mereka dengan kompleksitas tambahan dari sampel air nyata.

“Kami sering menyebutnya ‘solusi skala nano untuk masalah gigaton’,” kata Dravid. “Dalam banyak hal, interaksi skala nano yang kami pelajari memiliki implikasi untuk perbaikan tingkat makro.”

Tim telah menunjukkan bahwa pendekatan berbasis spons efektif dalam skala, mulai dari miligram hingga kilogram, menunjukkan janji skala yang lebih besar.

Penelitian ini didasarkan pada perkembangan kuno oleh tim yang sama – Vikas Nandwana, anggota kelompok Dravid dan rekan penulis penelitian ini adalah penulis pertama – yang disebut spons OHM (multifungsi hidrofobik oleofilik) spons yang menggunakan platform spons yang sama untuk secara selektif menghilangkan dan memulihkan minyak akibat kontaminasi minyak dalam air. Dengan memodifikasi lapisan nanomaterial pada membran, tim berencana untuk menggunakan kerangka seperti “plug-and-play” untuk mengejar logam berat. Ribet juga mengatakan bahwa banyak polutan yang dapat segera diolah dengan penerapan berbagai bahan dengan keterkaitan yang sesuai.

“Tantangan perbaikan air ini sangat dekat dengan rumah,” kata Ribet. “Cekungan sebelah barat Danau Erie adalah salah satu area utama yang saya pikirkan dalam hal eutrofikasi, dan saya terinspirasi untuk mempelajari lebih lanjut tentang tantangan perbaikan air di lingkungan Great Lakes kami.”

Penelitian, “Membran Penghapusan Fosfat dan Pemulihan Ringan (PEARL): Pendekatan Perbaikan Lingkungan Berkelanjutan,” didukung oleh National Science Foundation (nomor penghargaan DMR-1929356). Penelitian untuk makalah ini telah memanfaatkan sumber daya SHyNE, yang didukung oleh program NSF National Nanotechnology Coordinated Infrastructure (NSF-NCCI).

Benjamin Shindel, Roberto dos Reis dan Vikas Nandwana – semuanya dari Northwest – adalah rekan penulis surat kabar tersebut.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.