研究人員開發出了”智能鐵鏽”–納米氧化鐵粒子，它能通過吸附污染物（如石油、納米和微塑料、草甘膦，甚至雌激素荷爾蒙）來清潔水質。將鐵鏽碎片倒入水中通常會使水變得更臟。然而，研究人員的一項突破性進展創造出了”智能鐵鏽”，一種可以淨化水的納米氧化鐵粒子。這種”智能鐵鏽”具有獨特的吸附能力，可以吸附各種污染物，如石油、納米塑料和微塑料，以及除草劑草甘膦，具體取決於顆粒的塗層。

更有效的是，它具有磁性，可以用磁鐵輕鬆地從水中吸走污染物。最近，研究小組對這些顆粒進行了優化，以捕獲對水生生物有害的雌激素荷爾蒙。

介紹和意義

研究人員在美國化學學會（ACS）秋季會議上展示了他們的成果。美國化學學會2023 年秋季會議有大約12000 個關於各種科學主題的報告。

海洋、湖泊和河流中的水會受到各種污染物的污染，因此需要一種簡單而廉價的清潔方法。一個研究小組正在設計一種磁性納米粒子，這種粒子可以靶向雌激素等特定污染物，這些污染物被廢水帶入水道，可能對水生生物有害。這些顆粒由氧化鐵製成，我們大多數人都知道氧化鐵是鐵鏽。研究人員可以改變顆粒的表面，使其能夠吸附各種污染物。然後，磁鐵就能將顆粒連同附著在顆粒上的污染物一起吸出水面。資料來源：美國化學學會

“我們的’智能銹’便宜、無毒、可回收，”該項目的首席研究員馬庫斯-哈利克博士說。”我們已經證明了它對各種污染物的用途，顯示出這項技術在大幅改善水處理方面的潛力。”

智能銹背後的科學

多年來，Halik 的研究團隊一直在研究去除水中污染物的環保方法。他們使用的基礎材料是超順磁性氧化鐵納米顆粒，這意味著它們會被磁鐵吸引，但不會相互吸引，因此顆粒不會結塊。

為了讓它們變得”聰明”，研究小組開發了一種技術，將膦酸分子附著在納米大小的球體上。埃爾蘭根-紐倫堡弗里德里希-亞歷山大大學的哈里克說：”我們在氧化鐵內核上添加一層分子後，它們看起來就像從這些顆粒表面伸出的毛髮。然後，通過改變與膦酸另一側結合的物質，研究人員可以調整納米粒子表面的特性，從而強力吸附不同類型的污染物。”

早期版本的智能鐵鏽能吸附從地中海採集的原油和從研究人員所在大學附近採集的池塘水中的草甘膦。此外，研究小組還證明，智能銹可以去除實驗室和河水樣本中添加的納米塑料和微塑料。

針對荷爾蒙污染物

到目前為止，該團隊已經鎖定了大部分大量存在的污染物。盧卡斯-穆勒（Lukas Müller）是一名研究生，他將在本次會議上展示自己的新成果。當我們體內的一些激素被排出體外時，它們會被沖入廢水中，最終進入水道。天然和合成雌激素就是這樣一類激素，這些污染物的主要來源包括人類和牲畜的排泄物。環境中的雌激素含量很低，因此很難清除。然而，即使這些含量也已被證明會影響一些植物和動物的新陳代謝和繁殖，不過長期低含量的這些化合物對人類的影響還不完全清楚。

穆勒說：”我從最常見的雌激素雌二醇開始，然後是其他四種分子結構相似的衍生物。雌激素分子具有笨重的類固醇主體和帶輕微負電荷的部分。為了利用這兩個特點，他在氧化鐵納米粒子上塗上了兩組化合物：一組帶長電荷，另一組帶正電荷。研究人員推測，這兩種分子在納米粒子表面形成了數十億個”口袋” ，將雌二醇吸入並困住。”

由於肉眼看不到這些”口袋”，Müller 一直在使用高科技儀器來驗證這些雌激素捕獲”口袋”是否存在。初步結果顯示，從實驗室樣本中提取激素的效率很高，但研究人員還需要從固態核磁共振光譜和小角中子散射等其他實驗來驗證口袋假說，並且正試圖用不同的拼圖來理解分子究竟是如何在納米粒子表面組裝的。

未來展望

展望未來，研究小組打算在現實世界的水樣中測試這些顆粒，並確定它們可以重複使用的次數。研究人員說，由於每個納米粒子都有很大的表面積和很多口袋，因此它們應該能夠去除多個水樣中的雌激素，從而降低每次清洗的成本。Halik總結說：”通過反复循環使用這些顆粒，這種水處理方法對材料的影響可能會變得非常小。”