Tasarlanmış maya içeren hidrojel kapsüller, kurşunun kirlenmiş sudan hızlı ve ucuz bir şekilde uzaklaştırılması için kullanılabilir. MIT ve Georgia Tech araştırmacılarının yaptığı çalışma, özellikle kurşun kirliliğinin yüksek olduğu düşük gelirli bölgelerde faydalı olabilir. Kredi bilgileri: MIT

Bira fabrikaları her yıl binlerce ton fazla maya üretip atıyor. MIT ve Georgia Tech’ten araştırmacılar artık mayayı kirli sudaki kurşunu emecek şekilde yeniden kullanmanın bir yolunu buldular.

Biyosorpsiyon adı verilen bir süreç sayesinde maya, eser miktardaki kurşunu ve diğer ağır metalleri bile sudan hızlı bir şekilde emebilir. Araştırmacılar, sudan kurşunu uzaklaştıran bir filtre oluşturmak için mayayı hidrojel kapsüllerin içine paketleyebileceklerini gösterdi. Maya hücreleri kapsüllenmiş olduğundan, içmeye hazır olduğunda sudan kolayca çıkarılabilirler.

Patricia Stathatou, “Merkezde bulunan serbest mayayı çevreleyen hidrojel var ve bu, suyun içeri girmesine, sanki suda serbestçe hareket ediyormuş gibi maya ile etkileşime girmesine ve sonra temiz çıkmasına izin verecek kadar gözeneklidir” diyor. MIT Bitler ve Atomlar Merkezi’nde eski doktora sonrası araştırmacısı olup şu anda Georgia Tech’te araştırma bilimcisi ve Georgia Tech’in Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Okulu’nda yeni yardımcı doçent olarak görev yapmaktadır.

“Mayaların biyolojik bazlı, iyi huylu ve biyolojik olarak parçalanabilir olması, geleneksel teknolojilere göre önemli bir avantajdır.”

Araştırmacılar, bu sürecin evlerdeki musluklardan çıkan içme suyunu filtrelemek için kullanılabileceğini veya arıtma tesislerinde büyük miktarlarda suyun arıtılması için ölçeklendirilebileceğini öngörüyor.

MIT yüksek lisans öğrencisi Devashish Gokhale ve Stathatou, dergide yer alan çalışmanın baş yazarlarıdır. RSC Sürdürülebilirliği. Makalenin kıdemli yazarı, MIT Kimya Mühendisliği Robert T. Haslam Profesörü Patrick Doyle’dur ve Georgia Tech’te havacılık ve uzay mühendisliği alanında yardımcı doçent ve MIT’de eski misafir akademisyen olan Christos Athanasiou da aynı zamanda yazardır.

Kurşun emici

Yeni çalışma, Stathatou ve Athanasiou’nun 2021’de, Athanasiou’nun MIT’nin Bitler ve Atomlar Merkezi’nde misafir araştırmacı olduğu dönemde başlattığı çalışmaya dayanıyor. O yıl, Boston’daki tek bir bira fabrikasından atılan atık mayanın şehrin tüm su kaynağını arıtmak için yeterli olacağını hesapladılar.

Tam olarak anlaşılamayan bir süreç olan biyosorpsiyon yoluyla maya hücreleri, milyonda 1 parçanın altındaki zorlu başlangıç ​​konsantrasyonlarında bile ağır metal iyonlarını bağlayabilir ve emebilir. MIT ekibi, bu sürecin, suyu düşük konsantrasyonlu kurşunla etkili bir şekilde arındırabildiğini buldu. Ancak geriye önemli bir engel kaldı; o da mayanın kurşunu emdikten sonra sudan nasıl çıkarılacağıydı.

Şans eseri bir tesadüf eseri, Stathatou ve Athanasiou araştırmalarını 2021’de Boston’daki AIChE Yıllık Toplantısında sundular; burada Doyle’un laboratuvarında öğrenci olan Gokhale, sudaki mikro kirleticileri yakalamak için hidrojellerin kullanımına ilişkin kendi araştırmasını sunuyordu. İki araştırmacı grubu, güçlerini birleştirmeye ve mayanın Gokhale ve Doyle tarafından geliştirilen hidrojellerde kapsüllenmesi durumunda maya bazlı stratejinin ölçeklendirilmesinin daha kolay olup olmayacağını araştırmaya karar verdi.

“Yapmaya karar verdiğimiz şey bu içi boş kapsülleri yapmaktı; multivitamin hapına benzer bir şeydi ama onları vitaminlerle doldurmak yerine, onları vitaminlerle doldurduk. Gökhale şöyle diyor: “Bu kapsüller gözeneklidir, dolayısıyla su kapsüllerin içine girebilir ve maya bu kurşunun tamamını bağlayabilir ancak maya suyun içine kaçamaz.”

Kapsüller, tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılan polietilen glikol (PEG) adı verilen bir polimerden yapılır. Kapsülleri oluşturmak için araştırmacılar, dondurularak kurutulmuş mayayı suda askıya alıyor, ardından bunları polimer alt birimleriyle karıştırıyor. Karışım üzerine UV ışığı tutulduğunda, polimerler birbirine bağlanarak içinde maya bulunan kapsüller oluşturur.

Her biri çapı yaklaşık yarım milimetredir. Hidrojeller çok ince ve gözenekli olduğundan, maya sıkışıp kalırken su kolayca geçip içerideki mayayla karşılaşabilir.

Bu çalışmada araştırmacılar, kapsüllenmiş mayanın sudaki eser miktarda kurşunu, Stathatou ve Athanasiou’nun orijinal 2021 çalışmasındaki kapsüllenmemiş maya kadar hızlı bir şekilde çıkarabildiğini gösterdi.

Ölçeklendirme

Athanasiou liderliğindeki araştırmacılar, hidrojel kapsüllerin mekanik stabilitesini test etti ve kapsüllerin ve içindeki mayanın, musluktan akan suyun oluşturduğu kuvvetlere benzer kuvvetlere dayanabildiğini buldu. Ayrıca maya yüklü kapsüllerin, yüzlerce konuta hizmet veren su arıtma tesislerindeki akışların oluşturduğu kuvvetlere dayanabilmesi gerektiğini de hesapladılar.

Athanasiou, “Mekanik sağlamlığın eksikliği, hareketsizleştirilmiş hücreler kullanılarak biyosorpsiyonun ölçeğini artırmaya yönelik önceki girişimlerin başarısızlığının yaygın bir nedenidir; çalışmamızda, ölçeklenebilirliği sağlamak için bu hususun en başından itibaren kapsamlı bir şekilde ele alındığından emin olmak istedik” diyor.

Maya yüklü kapsüllerin mekanik sağlamlığını değerlendirdikten sonra araştırmacılar, eser miktarda kurşun içeren kapsülleri tedavi edebilen, konsept kanıtı niteliğinde, dolgulu yataklı bir biyofiltre oluşturdular. ve 12 gün boyunca sürekli çalışırken ABD Çevre Koruma Ajansı içme suyu kurallarına uymak.

Araştırmacılar, bu sürecin, çökeltme ve membran filtrasyonu gibi eser miktardaki inorganik bileşikleri sudan uzaklaştırmaya yönelik mevcut fizikokimyasal süreçlerden daha az enerji tüketeceğini söylüyor.

Döngüsel ekonomi ilkelerine dayanan bu yaklaşım, israfı en aza indirebilir ve aynı zamanda yerel topluluklar içindeki ekonomik fırsatları da teşvik eder. Amerika Birleşik Devletleri’nin çeşitli yerlerinde çok sayıda kurşun kontaminasyonu vakası bildirilmiş olmasına rağmen, bu yaklaşımın, tarihsel olarak çevre kirliliğiyle karşı karşıya kalan ve sınırlı erişime sahip olan düşük gelirli bölgelerde özellikle önemli bir etkisi olabilir. Araştırmacılar, durumu düzeltmenin başka yollarını karşılayamayabileceklerini söylüyor.

Gokhale, “Bunun ilginç bir çevresel adalet yönü olduğunu düşünüyoruz, özellikle de maya gibi düşük maliyetli ve sürdürülebilir bir şeyle başladığınızda, bu aslında her yerde mevcut” diyor.

Araştırmacılar şimdi, mayanın tükendiğinde geri dönüştürülmesi ve değiştirilmesi için stratejiler araştırıyor ve bunun ne sıklıkta gerçekleşmesi gerektiğini hesaplamaya çalışıyor. Ayrıca hidrojelleri yapmak için fosil yakıt bazlı polimerler yerine biyokütleden elde edilen hammaddeleri kullanıp kullanamayacaklarını ve mayanın diğer kirletici türlerini yakalamak için kullanılıp kullanılamayacağını araştırmayı umuyorlar.

Stathatou, “İleriye dönük olarak bu, PFAS ve hatta mikroplastikler gibi ortaya çıkan diğer eser kirleticileri hedef alacak şekilde geliştirilebilecek bir teknolojidir” diyor. “Bunu gerçekten gelecekte birçok potansiyel uygulamaya sahip bir örnek olarak görüyoruz.”

Daha fazla bilgi:
RSC Sürdürülebilirliği (2024)

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlanmıştır (web.mit.edu/newsoffice/MIT araştırmaları, yenilikleri ve öğretimi ile ilgili haberleri kapsayan popüler bir site.

Alıntı: Hidrojeller içinde kapsüllenmiş başka amaçlara yönelik bira mayası, sudan kurşunun uzaklaştırılması için uygun maliyetli bir yol sunabilir (2024, 15 Mayıs), 15 Mayıs 2024 tarihinde https://phys.org/news/2024-05-retained-beer-yeast- adresinden alınmıştır. kapsüllenmiş-hidrojeller.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan adil anlaşmalar dışında, hiçbir kısmı yazılı izin olmadan çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgilendirme amaçlı sağlanmıştır.



Kaynak