Технологии, используемые человеком в различных производственных процессах далеки от совершенства и в подавляющем большинстве случаев на своих завершающих, да и промежуточных стадиях становятся причиной загрязнения окружающей среды. К числу вредных для окружающей среды и человека относятся технологии производства солнечных и аккумуляторных батарей, бесчисленных электронных устройств, добыча полезных ископаемых и пр. Побочным продуктом производственного процесса в перечисленных случаях часто становятся тяжелые металлы – мышьяк, ртуть, свинец, хром, кадмий и др., откладывающиеся при попадании в почву в составе всевозможных соединений.

В связи с вышеназванной проблемой очистка сточных вод от тяжелых металлов приобретает сегодня особое значение. К большому сожалению, поднятый вопрос далеко не всегда занимает в инфраструктуре производственных процессов предприятий должное место, что связано, в первую очередь, со стоимостью самих очистных сооружений их обслуживания, да и самой технологии очистки.

Способ очистки, который смог бы стать доступной альтернативой строительству дорогостоящих и не всегда достаточно эффективных очистных сооружений был предложен совместной группой ученых из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка (Max-Planck Institute for Intelligent Systems) в Штутгарте (Германия) и Института биоинженерии Каталонии в Барселоне (Испания). В ходе проведенных экспериментов были использованы микроботы из графена, которые за один час работы сумели удалить из воды более 95% свинца.

Как это работает

Сам по себе микробот имеет сложную многослойную структуру. Внешний слой состоит из графена – мощный адсорбент, захватывающий ионы тяжелых металлов окружающей среды с которыми он контактирует. Средний слой изготовлен из никеля — ферромагнетика, способного проявлять магнитные свойства. Это делает “рой” микроботов управляемым под воздействием внешнего магнитного поля. Внутренняя сторона микробота покрыта платиновым напылением. При добавлении в воду перекиси водорода платина выступает в роли катализатора химической реакции распада перекиси водорода на воду и кислород, побочным продуктом которой становятся активно выделяющиеся пузырьки, вырывающиеся из полой задней части бота и создающие направленный вектор силы. “Заведенные” таким образом микроботы под управлением приложенного внешнего магнитного поля справившись с поставленной задачей собираются в нужном месте и отправляются на химическую очистку после чего снова готовы к работе.

Предложенный метод очистки воды при помощи графеновых роботов, каждый из которых оказывается меньше толщины человеческого волоса имеет серьезные преимущества перед существующими технологиями очистки. Такие роботы не только способны отправляться на задание группами, но и использоваться многократно, благодаря простому и недорогому процессу химической очистки. Это преимущество многократно снижает себестоимость использования технологии.

«Наши роботы – первый шаг к созданию „умной“ системы очистки, способной удалять загрязнения из окружающей среды, не создавая, в отличие от других систем, побочных продуктов загрязнения» – поясняет представитель группы исследователей Самуэль Санчес (Samuel Sanchez).

На данном этапе возможности продемонстрированной технологии позволяют удалить из воды свинец, но, используя тот же принцип ученые намерены расширить возможности микроботов с целью связывания ионов других тяжелых металлов и токсичных химических соединений, представляющих опасность для окружающей среды и здоровья человека. Помимо функций очистки, по мнению исследователей – авторов разработки микро- и ноноботы подобной конструкции смогут быть использованы и в медицине для доставки лекарств и зондирования.

Получив обнадеживающие результаты в лаборатории, ученые уже приступили к совершенствованию технологии, которая позволит изготавливать “микроботов-санитаров” в производственных масштабах.