Ученые из Корнуэльского университета разработали новый материал, способный фильтровать воду лучше активированного угля. Ученые «доработали» структуру бета-циклодекстрина, благодаря чему материал увеличил свою удельную поверхность. Результаты исследования опубликованы в Nature.

Бета-циклодекстрин это один из подвидов циклодекстрина — циклического полимера на основе глюкозы. В молекуле циклодекстрина гидроксильные группы связаны в кольцо и расположены перпендикулярно его плоскости, при этом они способны «захватывать» другие молекулы — это свойство циклодекстрина используется, например, для нейтрализации запахов. Бета-циклодекстрин кажется привлекательным материалом для изготовления фильтров, однако его применимость лимитируется низкой удельной поверхностью этого материала.

Корнуэльские ученые решили усовершенствовать бета-циклодекстрин, увеличив его удельную поверхность и тем самым превратив его в высокопористый материал. Для этого ученые сделали сополимер бета-циклодекстрина с ароматическим веществом тетрагидрофураном, которое выступило в роли кросс-сшивки для молекул циклического сахара.

Образование высокопористого бета-циклодекстрина под воздействием карбоната калия и тетрагидрофурана. Изображение: Cornell University

После «усовершенствования» материал испытали совместно с тремя образцами активированного угля и двумя образцами непористого циклодекстрина. Через фильтры была пропущена вода, загрязненная бисфенолом А — это соединение используется в качестве отвердителя при изготовлении пластмасс и способно вызывать кожные заболевания. Анализ опытных образцов показал, что обработанный бета-циклодекстрин обладает значительно большей скоростью фильтрации по сравнению с соперниками: он отрабатывал 95 процентов своей емкости всего за 10 секунд, в то время как другие материалы «заполняются» загрязнителем до того же уровня минимум за полчаса. Обработанный бета-циклодекстрин быстрее фильтрует не только бисфенол, но и другие органические молекулы.

При этом новый материал восстанавливается проще, чем активированный уголь: в то время как для очистки угля его необходимо нагреть до 500–900 градусов Цельсия, бета-циклодекстриновый фильтр можно промыть в метаноле при комнатной температуре.

Ученые расчитывают, что новый материал будет использоваться в коммерческих и технологических фильтрах. Промышленная очистка воды от бисфенола-А окажет существенное влияние на экологию: бисфенол-А структурно схож с эстрогеном, и его сбросы в природные водоемы приводят к тому, что некоторые виды рыб становятся гермафродитами.

Автор: Александра Стуккей