Ä°çindekiler
MIT araÅtırmacıları, suyun kalıcı kirleticilerden arındırılması için doÄa temelli bir çözüm sunan yeni filtrasyon malzemesi geliÅtirdi.
Günümüzde teknolojide kullanılan kimyasalların su kaynaklarını kirletmesi, dünya çapında hızla büyüyen bir sorun haline gelmiÅtir. ABD Hastalık Kontrol ve Ãnleme Merkezleri’nin (CDC) yakın tarihli bir çalıÅması, test edilen insanların yüzde 98’inde PFAS olarak bilinen ve “sonsuz kimyasallar” olarak adlandırılan bu kalıcı bileÅiklerin kan dolaÅımında tespit edilebilir seviyelerde olduÄunu ortaya koymuÅtur.
MIT araÅtırmacıları tarafından geliÅtirilen yeni bir filtrasyon malzemesi, bu inatçı kirleticilere karÅı doÄa bazlı bir çözüm sunabilir. DoÄal ipek ve selüloz bazlı bu malzeme, sadece bu kalıcı kimyasalları deÄil, aynı zamanda aÄır metalleri de sudan uzaklaÅtırabilir. Ayrıca, antimikrobiyal özellikleri sayesinde filtrelerin tıkanmasını önlemeye yardımcı olabilir.
Bu bulgular, ACS Nano dergisinde MIT doktora sonrası araÅtırmacısı Yilin Zhang, inÅaat ve çevre mühendisliÄi profesörü Benedetto Marelli ve MIT’den dört diÄer araÅtırmacı tarafından yayınlanan bir makalede detaylandırılmıÅtır.
PFAS kimyasalları; kozmetik ürünler, gıda ambalajları, suya dayanıklı giysiler, yangın söndürme köpükleri ve yapıÅmaz kaplama tencereler gibi geniÅ bir ürün yelpazesinde bulunmaktadır. Yakın tarihli bir çalıÅma, sadece ABD’de bu kimyasallarla kirlenmiÅ 57.000 siteyi belirlemiÅtir. ABD Ãevre Koruma Ajansı (EPA), PFAS arıtımının yıllık 1,5 milyar dolara mal olacaÄını ve içme suyunda bu bileÅiklerin trilyonda 7 parçanın altına indirilmesini öngören yeni düzenlemelere uyulması gerektiÄini tahmin etmektedir.
Zhang, “Bu aslında çok büyük bir mesele ve mevcut çözümler bu sorunu çok verimli veya ekonomik bir Åekilde yalnızca kısmen çözebiliyor,” diyor. “Bu yüzden protein ve selüloz bazlı, tamamen doÄal bir çözüm geliÅtirdik.”
Marelli, “Projeye tesadüfen baÅladık,” diye belirtiyor. Filtrasyon malzemesini mümkün kılan ilk teknoloji, ekibi tarafından tamamen farklı bir amaç içinâdüÅük kaliteli sahte tohumların yayılmasını önlemek için bir etiketleme sistemi olarakâgeliÅtirilmiÅti. Ekip, ipek proteinlerini tek tip nano ölçekli kristaller veya “nano lifler” haline getirmenin ve bunu çevreye zararsız, oda sıcaklıÄında su bazlı bir yöntemle yapmanın bir yolunu buldu.
Zhang, yeni nanolifli malzemelerinin kirleticileri filtrelemede etkili olabileceÄini önerdi, ancak yalnızca ipek nano lifleriyle yapılan ilk denemeler baÅarılı olmadı. Ekip, baÅka bir malzeme eklemeye karar verdi: Selüloz, bol miktarda mevcut olan ve tarımsal odun hamuru atıklarından elde edilebilen bir madde. AraÅtırmacılar, ipek fibroin proteininin suda süspanse edildiÄi ve daha sonra selüloz nano kristallerinin “tohumları” eklenerek nano liflere dönüÅtürüldüÄü bir kendi kendine montaj yöntemi kullandılar. Bu, daha önce düzensiz olan ipek moleküllerinin tohumlar boyunca hizalanmasına ve yeni özelliklere sahip hibrit bir malzemenin oluÅmasına neden oldu.
Selülozu, ince bir zar haline getirilebilen ipek bazlı liflere entegre ederek ve selülozun elektriksel yükünü ayarlayarak, araÅtırmacılar laboratuvar testlerinde kirleticileri uzaklaÅtırmada son derece etkili bir malzeme ürettiler.
Selülozun elektriksel yükünün aynı zamanda güçlü antimikrobiyal özellikler saÄladıÄını buldular. Bu, filtrasyon membranlarının bakteri ve mantarlar tarafından tıkanmasını önlemede önemli bir avantajdır.
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 uzaklaÅtırabildi.
Yeni çalıÅma bir prensip kanıtı olarak hizmet ederken, ekip malzemeyi özellikle dayanıklılık ve kaynak malzemelerin bulunabilirliÄi açısından geliÅtirmeye devam etmeyi planlıyor. Kullanılan ipek proteinleri, ipek tekstil endüstrisinin bir yan ürünü olarak temin edilebilse de bu malzeme su filtrasyonu için küresel ihtiyaçları karÅılamak üzere ölçeklendirilirse tedarik yetersiz kalabilir. Ayrıca, alternatif protein malzemeler daha düÅük maliyetle aynı fonksiyonu yerine getirebilir.
Zhang, baÅlangıçta malzemenin bir mutfak musluÄuna takılabilecek bir nokta kullanım filtresi olarak kullanılacaÄını belirtiyor. Sonunda, belediye su kaynakları için filtrasyon saÄlamak üzere ölçeklendirilebilir, ancak bu ancak malzemenin su kaynaÄına herhangi bir kirletici madde ekleme riski taÅımadıÄının testlerle kanıtlanmasından sonra mümkün olacaktır. Malzemenin büyük bir avantajı hem ipek hem de selüloz bileÅenlerinin gıda sınıfı maddeler olarak kabul edilmesidir, bu nedenle herhangi bir kontaminasyon olasılıÄı düÅüktür.
Zhang, “Günümüzde mevcut malzemelerin çoÄu tek bir kirletici sınıfına odaklanıyor veya tek bir sorunu çözüyor,” diyor. “Biz ise bunların hepsini aynı anda ele alan ilklerden biriyiz.”
William ve Mary Koleji Uygulamalı Bilimler Profesörü Hannes Schniepp, “Bu yaklaÅımda sevdiÄim Åey, kirlilikle mücadele etmek için sadece doÄal olarak yetiÅtirilen ipek ve selüloz gibi malzemelerin kullanılması,” diyor. “Rekabetçi yaklaÅımlarda genellikle daha fazla kimya gerektiren sentetik malzemeler kullanılıyor. Bu çalıÅma bu döngüyü kırıyor! EÄer bu ekonomik olarak uygulanabilir bir Åekilde kitlesel üretilebilirse, gerçekten büyük bir etkiye sahip olabilir.”
AraÅtırma ekibi, MIT doktora sonrası araÅtırmacıları Hui Sun ve Meng Li, lisansüstü öÄrenci Maxwell Kalinowski ve Åu anda Yale Ãniversitesi’nde doktora sonrası araÅtırmacı olan MIT mezunu Yunteng Cao PhD ’22’yi içeriyor. ÃalıÅma, ABD Deniz AraÅtırma Ofisi, ABD Ulusal Bilim Vakfı ve Singapur-MIT AraÅtırma ve Teknoloji Ä°ttifakı tarafından desteklendi.
MIT’nin geliÅtirdiÄi bu yeni filtrasyon malzemesi, su kaynaklarımızı kirleten kalıcı ve zararlı kimyasalların uzaklaÅtırılmasında devrim yaratabilir. DoÄal ve bol bulunan malzemelerden üretilmesi, hem ekonomik hem de çevresel açıdan büyük avantajlar sunmaktadır. Gelecekteki çalıÅmalar ve ölçeklendirme ile bu teknolojinin küresel su arıtma ihtiyaçlarına cevap verebilecek potansiyele sahip olduÄu görülmektedir.