Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Bu ölçeklenebilir çözüm, dairesel su yönetimi ve sürdürülebilir tarıma doğru umut verici bir adım sunuyor.

Atık sudaki aşırı besin maddeleri, doğal su kütlelerine zararlı deşarjlara yol açabilir ve ciddi çevresel ve ekonomik sonuçlar doğuran zararlı alg patlamalarına neden olabilir. Bu acil sorunu ele almak için, St. Louis'deki Washington Üniversitesi'ndeki McKelvey Mühendislik Okulu'ndaki bir mühendis ekibi yenilikçi bir çözüm geliştirdi. Yeni kompozit nanoteknolojileri, atık sudan besin maddelerini uzaklaştırıp geri kazanıyor, daha sonra bunları tarımsal gübreler veya biyorafineri hammaddeleri olarak geri dönüştürüyor ve aynı zamanda zararlı alg patlamalarının oluşumunu azaltıyor.

Enerji, çevre ve kimya mühendisliği profesörü Young-Shin Jun ve laboratuvarındaki doktora öğrencisi Minkyoung Jung, atık sudan amonyum ve fosfatı giderebilen ve geri kazanabilen yeni mineral-hidrojel kompozitleri yarattı. Bu kompozitler, atık sudaki amonyak ve fosfat konsantrasyonlarını sırasıyla %60 ve %91'e kadar önemli ölçüde azaltan nanoölçekli strüvit ve kalsiyum fosfat mineral tohumlarıyla gömülüdür. Bu azalma, yosun büyümesini ve ilişkili toksinleri engeller. Bu teknolojinin potansiyel etkisi, ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi'nin 2000 tarihli bir raporunda vurgulanmıştır. Bu raporda, ABD kıyı sularındaki zararlı yosun çiçeklenmelerinden kaynaklanan yıllık ekonomik kayıpların 33,9 milyon ila 81,6 milyon dolar arasında olduğu tahmin edilmiştir.

Tek kullanımlık bezlerin çekirdeğindeki nem emici jel gibi, hidrojel de fazla besinleri emebilir ve yeniden kullanabilir. Jun'un ekibi, sürdürülebilir çözümleri için hem bir model hem de yönteminin bir yararlanıcısı olarak doğayı kullandı.

Jun, "Bu hidrojel kompozitlerini, aşırı miktarda olmaları halinde alg patlamasına neden olan temel besinler olan amonyak ve fosfatı geri kazanmak için tasarladık," dedi. "Amonyak sentezi enerji yoğun bir işlemdir ve fosfor kaynakları azalmaktadır. Mineral-hidrojel kompozitlerimiz, bu besinleri atık sudan toplamamızı ve bunları gübre ve biyorafineriler için hammadde olarak yeniden kullanmamızı sağlıyor."

İşlem, kaya şekeri yapmak için bir ipte oluşan şeker kristallerine benzer şekilde, sulu bir sistemde katı bir faz oluşturmanın ilk adımı olan nanopartikül çekirdeklenmesini kullanır. Bu işlemi kolaylaştırmak için Jun'un ekibi, kalsiyum fosfat ve strüvitten (magnezyum, amonyum ve fosfattan oluşan ve kalsiyum ve diğer katyonlar ve iyonlarla bağlanan bir mineral) oluşturulan hidrojele ultra küçük mineral tohumları ekti. Amonyak ve fosfat tohumlara bağlanır ve hidrojeli hacimli hale getirir. İşlem sırasında, hidrojelin ortalama parçacık boyutları 6,12 nanometreden 14,8 nanometreye çıktı.

Yaklaşımları, geleneksel besin gideriminin üç önemli zorluğunu ele alır: geleneksel yöntemlerde verimsiz toplama hem amonyak hem de fosfat gideriminin dengelenmesi ve karmaşık su koşullarında tutarlı giderim verimliliğinin sürdürülmesi. Bu yöntem, zararlı alg patlamalarını etkili bir şekilde önleyerek olağanüstü düşük besin seviyelerine ulaşır.

Jun, 20 litreye kadar sıvı üzerinde yürütülen başarılı denemelerle sürecin ölçeklenebilirliğini vurguladı. Laboratuvar şimdi 200 litreye kadar ölçekleniyor.

Jun, "Bu, temel bilimsel araştırmamızın pratik uygulama potansiyelini gösteriyor ve laboratuvardan günlük teknolojiye kadar uygulanabilir bir yol gösteriyor," dedi. "Bu öncü çalışma, çevre mühendisliğinde önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor, bir atık sorununu değerli bir kaynağa dönüştürüyor ve eylemde sürdürülebilirliği örnekliyor."

Kaynakça: https://www.lab-worldwide.com/nanocomposite-hydrogel-wastewater-treatment-a-d90146cea29caf8e38909971279a0ef3/