Čišćenje vode na način crvene moruzgve

Moruzgva pušta lovke da bi uhvatila plijen: nova nanočestica čini isto - molekularnim lancima. I pri tome pročišćava vodu od svega što se u njoj nalazi.

Nenad Raos petak, 1. veljače 2019. u 06:00

Actinia (Actinia equina: crvena moruzgva ili crvena vlasulja) je morski grabežljivac koji se služi lovkama da bi se domogao hrane“, rečenica je kojom počinje ne novo poglavlje u udžbeniku biologije nego ključni odlomak u znanstvenome radu skupine kineskih i američkih znanstvenika koji je nedavno, u siječnju ove godine, objavljen u posve kemijskom časopisu, Nature Nanotechnology. No slijedi nastavak: „Organizam ima valjkasto ili kuglasto tijelo s lovkama koje su uvučene dok miruje, no produžuju se kad lovi. Inspirirani takvim prilagodbenim ponašanjem moruzgve sintetizirali smo biomimetički micelarni koagulant s jezgrom i ljuskom.“

Njihov „moruzgvi sličan multifunkcionalni nanokoagulant“ (Actinia-like multifunctional nanocoagulant, AMC) doista sliči na tu neobičnu i za kupače posve nepriličnu životinju, no mnogo sitniju. Čestice AMC imaju samo 50 nm, dakle pola mikrometra ili 1/2000 dio milimetra. No unatoč svojoj sitnoći imaju (još sitnije) lovke.

Kako smo maločas pročitali, AMC se sastoji od jezgre i ljuske. Ljusku čini alumosilikatna matrica, dakle glini slična tvar. Na ljusku su vezane lovke, koji se opet sastoje od alifatskog lanca i kvarterne amino skupine (=N+=). Kada dođe u kontakt s vodom, ljuska uslijed hidrolize puca, pa pušta lovke za koje se hvataju organske i anorganske tvari. Jasno je (a kome nije jasno neka sada nauči) da je kvarterna amino skupina pozitivno nabijena i to trajno, naime tako da joj se naboj ne može neutralizirati vodikovim ili hidroksilnim ionima, zakiseljavanjem ili zaluživanjem otopine. To znači da će privlačiti negativne ione (anione) u svakoj prilici. Alifatski lanac je pak mamac za hidrofobne, dakle „masne“, organske molekule. Zbog toga nanočestica dobro veže, kao što sam već rekao, i anorganske (ione) i organske tvari, a usto ima čvrstu, silikatnu koru koja joj jamči postojanost – takvu da se nije mogla uočiti promjena na česticama ni godinu dana nakon njihova priređivanja. A sada pokus.

Vodu koju su znanstvenici naumili u  pokusu pročistiti bila je kanalizacijska voda iz Pekinga, nimalo čista, razumije se. U tu su vodu stavili 120 mg po litri svoga nanočestičnog sredstva, no i – radi usporedbe – istu masu uobičajenih koagulanata, aluminijeva sulfata te željezova triklorida. Usto su, u četvrtom pokusu, isprobali i polimerni, organski koagulant, poliDADMAC, no u koncentraciji od samo 2 mg/L. Rezultat?

 Evo ga: AMC se pokazao mnogo boljim od sva tri druga sredstva za pročišćavanje vode, osim u slučaju mutnoće, iz jednostavnog razloga što su svi koagulanti, osim poliDADMAC, smanjili mutnoću za gotovo sto posto. Zahvaljujući dugim alifatskim lancima AMC je bolje uklonio topljive organske tvari (DOC, dissolved organic carbon), a zbog kvarternih amino skupina izvrsno je uklonio fosfate (TP, total phosporus), a nadasve nitrate (NO3-), što ostala tri koagulanta nisu mogla učiniti.

Još se boljim ovo sredstvo za pročišćavanje vode pokazalo u slučaju organskih tvari, konkretno lijekova, pesticida, herbicida te njihovih razgradnih produkata (salicilne kiseline, ibuprofena, antracena, pirena…): dok su te spojeve drugi koagulanti uklanjali 10, 20, najviše 50 %, AMC ih je uklonio preko 90 %. Umjesto uzastopnog pročišćavanja vode različitim metodama, kako bi se uklonile pojedine vrste štetnih tvari, znanstvenici u ovom radu nude univerzalno sredstvo za pročišćavanje, sredstvo inspirirano moruzgvom.

Godine 2015. velika je većina čovječanstva, 91 %, imala pristup zdravoj vodi za piće - piše Janet G. Hering u komentaru članka - no potom znakovito dodaje kako to znači da ipak 660 milijuna ljudi na našem planetu nije bilo te sreće. Teško da će imati sreće u budućnosti,  jer se predviđa da će 2050. godine dvije trećine čovječanstva morati pročišćavati vodu. Voda će postati resurs važniji od nafte, smatraju mnogi, pa je krajnje vrijeme da osmislimo tehnologije kako za njezinu štednju tako i za njezinu reciklažu. A reciklirati vodu ne znači ništa drugo nego je pročišćavati – za što nanotehnologija pruža velike šanse. Koliko je uspješna vidimo na ovdje opisanom primjeru - a o morskoj vlasulji i njezinim lovkama ostavljam vam na volju da mislite što hoćete.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.