İçindekiler
MIT araştırmacıları, suyun kalıcı kirleticilerden arındırılması için doğa temelli bir çözüm sunan yeni filtrasyon malzemesi geliştirdi.
Günümüzde teknolojide kullanılan kimyasalların su kaynaklarını kirletmesi, dünya çapında hızla büyüyen bir sorun haline gelmiştir. ABD Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri’nin (CDC) yakın tarihli bir çalışması, test edilen insanların yüzde 98’inde PFAS olarak bilinen ve “sonsuz kimyasallar” olarak adlandırılan bu kalıcı bileşiklerin kan dolaşımında tespit edilebilir seviyelerde olduğunu ortaya koymuştur.
MIT araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir filtrasyon malzemesi, bu inatçı kirleticilere karşı doğa bazlı bir çözüm sunabilir. Doğal ipek ve selüloz bazlı bu malzeme, sadece bu kalıcı kimyasalları değil, aynı zamanda ağır metalleri de sudan uzaklaştırabilir. Ayrıca, antimikrobiyal özellikleri sayesinde filtrelerin tıkanmasını önlemeye yardımcı olabilir.
Bu bulgular, ACS Nano dergisinde MIT doktora sonrası araştırmacısı Yilin Zhang, inşaat ve çevre mühendisliği profesörü Benedetto Marelli ve MIT’den dört diğer araştırmacı tarafından yayınlanan bir makalede detaylandırılmıştır.
PFAS Nedir ve Neden Tehlikelidir?
PFAS kimyasalları; kozmetik ürünler, gıda ambalajları, suya dayanıklı giysiler, yangın söndürme köpükleri ve yapışmaz kaplama tencereler gibi geniş bir ürün yelpazesinde bulunmaktadır. Yakın tarihli bir çalışma, sadece ABD’de bu kimyasallarla kirlenmiş 57.000 siteyi belirlemiştir. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), PFAS arıtımının yıllık 1,5 milyar dolara mal olacağını ve içme suyunda bu bileşiklerin trilyonda 7 parçanın altına indirilmesini öngören yeni düzenlemelere uyulması gerektiğini tahmin etmektedir.
Zhang, “Bu aslında çok büyük bir mesele ve mevcut çözümler bu sorunu çok verimli veya ekonomik bir şekilde yalnızca kısmen çözebiliyor,” diyor. “Bu yüzden protein ve selüloz bazlı, tamamen doğal bir çözüm geliştirdik.”
Yeni Filtrasyon Malzemesinin Geliştirilmesi
Marelli, “Projeye tesadüfen başladık,” diye belirtiyor. Filtrasyon malzemesini mümkün kılan ilk teknoloji, ekibi tarafından tamamen farklı bir amaç için—düşük kaliteli sahte tohumların yayılmasını önlemek için bir etiketleme sistemi olarak—geliştirilmişti. Ekip, ipek proteinlerini tek tip nano ölçekli kristaller veya “nano lifler” haline getirmenin ve bunu çevreye zararsız, oda sıcaklığında su bazlı bir yöntemle yapmanın bir yolunu buldu.
Zhang, yeni nanolifli malzemelerinin kirleticileri filtrelemede etkili olabileceğini önerdi, ancak yalnızca ipek nano lifleriyle yapılan ilk denemeler başarılı olmadı. Ekip, başka bir malzeme eklemeye karar verdi: Selüloz, bol miktarda mevcut olan ve tarımsal odun hamuru atıklarından elde edilebilen bir madde. Araştırmacılar, ipek fibroin proteininin suda süspanse edildiği ve daha sonra selüloz nano kristallerinin “tohumları” eklenerek nano liflere dönüştürüldüğü bir kendi kendine montaj yöntemi kullandılar. Bu, daha önce düzensiz olan ipek moleküllerinin tohumlar boyunca hizalanmasına ve yeni özelliklere sahip hibrit bir malzemenin oluşmasına neden oldu.
Selülozu, ince bir zar haline getirilebilen ipek bazlı liflere entegre ederek ve selülozun elektriksel yükünü ayarlayarak, araştırmacılar laboratuvar testlerinde kirleticileri uzaklaştırmada son derece etkili bir malzeme ürettiler.
Selülozun elektriksel yükünün aynı zamanda güçlü antimikrobiyal özellikler sağladığını buldular. Bu, filtrasyon membranlarının bakteri ve mantarlar tarafından tıkanmasını önlemede önemli bir avantajdır.
Malzemenin Avantajları ve Gelecekteki Planlar
Marelli, “Bu malzemeler, su filtrasyonunda mevcut standart malzemelerle gerçekten rekabet edebilir ve bazılarını da geride bırakabilir,” diyor. Laboratuvar testlerinde, bu malzemeler suyun mevcut standart malzemeleri olan aktif karbon veya granüler aktif karbondan kat kat daha fazla kirletici maddeyi uzaklaştırabildi.
Yeni çalışma bir prensip kanıtı olarak hizmet ederken, ekip malzemeyi özellikle dayanıklılık ve kaynak malzemelerin bulunabilirliği açısından geliştirmeye devam etmeyi planlıyor. Kullanılan ipek proteinleri, ipek tekstil endüstrisinin bir yan ürünü olarak temin edilebilse de bu malzeme su filtrasyonu için küresel ihtiyaçları karşılamak üzere ölçeklendirilirse tedarik yetersiz kalabilir. Ayrıca, alternatif protein malzemeler daha düşük maliyetle aynı fonksiyonu yerine getirebilir.
Zhang, başlangıçta malzemenin bir mutfak musluğuna takılabilecek bir nokta kullanım filtresi olarak kullanılacağını belirtiyor. Sonunda, belediye su kaynakları için filtrasyon sağlamak üzere ölçeklendirilebilir, ancak bu ancak malzemenin su kaynağına herhangi bir kirletici madde ekleme riski taşımadığının testlerle kanıtlanmasından sonra mümkün olacaktır. Malzemenin büyük bir avantajı hem ipek hem de selüloz bileşenlerinin gıda sınıfı maddeler olarak kabul edilmesidir, bu nedenle herhangi bir kontaminasyon olasılığı düşüktür.
Zhang, “Günümüzde mevcut malzemelerin çoğu tek bir kirletici sınıfına odaklanıyor veya tek bir sorunu çözüyor,” diyor. “Biz ise bunların hepsini aynı anda ele alan ilklerden biriyiz.”
Uzman Görüşü
William ve Mary Koleji Uygulamalı Bilimler Profesörü Hannes Schniepp, “Bu yaklaşımda sevdiğim şey, kirlilikle mücadele etmek için sadece doğal olarak yetiştirilen ipek ve selüloz gibi malzemelerin kullanılması,” diyor. “Rekabetçi yaklaşımlarda genellikle daha fazla kimya gerektiren sentetik malzemeler kullanılıyor. Bu çalışma bu döngüyü kırıyor! Eğer bu ekonomik olarak uygulanabilir bir şekilde kitlesel üretilebilirse, gerçekten büyük bir etkiye sahip olabilir.”
Araştırma ekibi, MIT doktora sonrası araştırmacıları Hui Sun ve Meng Li, lisansüstü öğrenci Maxwell Kalinowski ve şu anda Yale Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan MIT mezunu Yunteng Cao PhD ’22’yi içeriyor. Çalışma, ABD Deniz Araştırma Ofisi, ABD Ulusal Bilim Vakfı ve Singapur-MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı tarafından desteklendi.
MIT’nin geliştirdiği bu yeni filtrasyon malzemesi, su kaynaklarımızı kirleten kalıcı ve zararlı kimyasalların uzaklaştırılmasında devrim yaratabilir. Doğal ve bol bulunan malzemelerden üretilmesi, hem ekonomik hem de çevresel açıdan büyük avantajlar sunmaktadır. Gelecekteki çalışmalar ve ölçeklendirme ile bu teknolojinin küresel su arıtma ihtiyaçlarına cevap verebilecek potansiyele sahip olduğu görülmektedir.
