Indičtí vědci vyvinuli „super houbu“, která z průmyslových odpadních vod odstraní až 99,6 % toxických barviv

Každý rok se do vodních systémů dostávají miliardy tun odpadních vod obsahujících barviva, přičemž přibližně 80 % těchto vod z nízkopříjmových a středněpříjmových zemí je buď přímo používáno k zavlažování, nebo vypouštěno neošetřené.

Každý rok se do vodních systémů dostávají miliardy tun odpadních vod obsahujících barviva, přičemž přibližně 80 % těchto vod z nízkopříjmových a středněpříjmových zemí je buď přímo používáno k zavlažování, nebo vypouštěno neošetřené. Tato barviva, jako je například metylenová modř používaná v papírenském, kožedělném či kosmetickém průmyslu, znečišťují řeky a jezera, činí je nevhodnými pro lidské a zvířecí použití a negativně ovlivňují vodní ekosystémy. Metylenová modř může navíc způsobovat zdravotní problémy, včetně zvracení, dýchacích potíží, průjmu, očních popálenin a rakoviny.

Současné metody odstraňování barviv, jako je membránová filtrace nebo koagulace, jsou často drahé, vytvářejí nežádoucí vedlejší produkty nebo nedokážou odstranit více barviv najednou. Adsorpce se ukázala jako slibná alternativa díky své jednoduchosti, nižší energetické náročnosti a možnosti opětovného použití adsorbentních materiálů. Výzvou však zůstává vývoj materiálů, které jsou stabilní v různých podmínkách a lze je efektivně recyklovat.

Vědci z Indického technologického institutu Gandhinagar (IITGN) se tomuto problému věnovali a vyvinuli hydrogely CAPA, které fungují jako mikroskopické houby. Tyto pokročilé materiály jsou vyrobeny z karboxymethylcelulózy (CMC), biologicky odbouratelného materiálu odvozeného z celulózy, a dalších složek, včetně kyseliny akrylové. Klíčová inovace spočívala v úpravě množství kyseliny akrylové, což umožnilo jemně doladit strukturu, povrchové vlastnosti a adsorpční chování materiálů.

Tým testoval tři verze hydrogelů s různým množstvím kyseliny akrylové. Nejlépe fungující hydrogel, označený jako CAPA-2, dokázal adsorbovat 99,6 % metylenové modři. Jeho adsorpční kapacita, přibližně 475 miligramů barviva na gram hydrogelu, řadí CAPA-2 mezi nejvýkonnější hydrogely na bázi CMC pro odstraňování metylenové modři, přičemž mnoho studií uvádí hodnoty mezi 30 mg/g a 250 mg/g. Hydrogely CAPA účinně zachytily i další běžná barviva, jako je krystalová violeť a rhodamin B, a to i v případě, že byla ve vodném roztoku přítomna více barviv, což svědčí o jejich neselektivní afinitě.

Účinnost hydrogelů spočívá v jejich negativně nabitých místech, která přitahují kladně nabitá barviva. Zvýšení podílu kyseliny akrylové vedlo ke zvýšení negativních povrchových nábojů v hydrogelech, čímž se zlepšila adsorpce. Analýza také naznačila přítomnost vodíkových vazeb a hydrofobních interakcí mezi barvivem a suchými kapsami hydrogelů. Materiály obsahují extrémně malé póry s průměrným průměrem asi 25 nanometrů, které jsou ideální pro zachycení molekul barviv o velikosti 1 až 2 nanometry.