Pročistač vode od srebra i rakovih krljušti

Nanočestice srebra i prirodni polimer hitozan, dobiven iz rakovih krljušti, čine moćnu kombinaciju – sredstvo koje čisti vodu od bakterija, teških metala i organskih tvari

Nenad Raos nedjelja, 28. srpnja 2019. u 15:00

Koji je najčešći ugljikohidrat u prirodi i najčešći prirodni polimer uopće? To je – bez svake sumnje – celuloza, polimer glukoze. Na nju ne treba trošiti riječi. Čovjek je poznaje i upotrebljava, u obliku drva, od kamenog doba: u njoj živimo (drvene kuće), po njoj pišemo i sa nje čitamo (papir), na njoj spavamo (krevet), sa nje (stol) i nju jedemo (vlakna u hrani); celuloza nam daje meso i mlijeko (jer je preživači probavljaju), a ako zaživi tehnologija za pretvaranje celuloze u bioetanol njome ćemo se još i voziti, a moguće i spasiti planet od toplinske smrti.

Celuloza je, da se vratimo na biologiju, polimer biljnoga carstava. U tijelu životinja ne može se naći. Umjesto celuloze životinjama služi sličan polimer – hitin. Od hitina su naime izgrađene krljušti (vanjski kostur) člankonožaca (rakova, pauka  i kukaca), a hitin daje  čvrstoću i plodištu gljiva – što je još jedan dokaz da gljive nisu biljke. Po kemijskoj je građi hitin sličan celulozi, i on je naime polimer šećera, no amino-šećera (glukozamina). Dok iz polimernog lanca celuloze proviruju samo hidroksilne skupine (-OH), u lancu hitina nalaze se i amino skupine (-NH2), no one nisu slobodne, nego su zaštićene acetilnim skupinama: -NH-CO-CH3. Kada se one, acetilne skupine (-CO-CH3) uklone, dobiva se hitozan (kitozan), polimer poznat manje-više svima jer se, evo, reklamira kao sredstvo za mršavljenje: hitozan naime puni želudac, otklanja osjećaj gladi, no ne može se probaviti. (Ovdje treba reći da se hitozan lako i jednostavno priređuje. Prvo se iz rakovih krljušti razrijeđenom solnom kiselinom uklone mineralne tvari, a potom razrijeđenom natrijevom lužinom proteini kako bi se dobio čisti hitin. Hitin se potom prepusti djelovanju koncentrirane (70 %) natrijeve lužine koja skida acetilnu skupinu s amino skupina. Sirovine za hitozan ima na pretek, jer riječ je o otpadu – dok se netko ne odvaži uzgajati žohare.)

 Bijeli prah hitozana i...
Bijeli prah hitozana i...

Hitozan se još upotrebljava u poljoprivredi, kozmetici i medicini, između ostalog i zbog svojih baktericidnih svojstava. No nedavno je u znanstvenom časopisu Heliyon osvanuo članak egipatskih znanstvenika koji su od tog prirodnog polimea napravili novo sredstvo za pročišćavanje vode. Tajna je u kombinaciji hitozana i srebra.

... crne čestice koloidnog srebra
... crne čestice koloidnog srebra

Srebro se u pripravku egipatskih znanstvenika pojavljuje u obliku nanočestica. One su obložene hitozanom (CS), pa zajedno čine bionanočesticu CS/Ag promjera oko 20  nm. No tu nije kraj priče, jer je bionanočestica pričvršćena za polimerni sloj poli(viliden-klorida),  PVDC, pa se novo sredstvo za pročišćavanje vode krati jednostavno kao PVDC/CS/Ag. Kako djeluje?

Baktericidna svojstva srebra poznata su od davnina, jer su stari Rimljani, a još prije njih Perzijanci znali da se voda ne kvari u srebrnim vrčevima. No dodatak hitozana tom prastarom dezinfekcijskom sredstvu čini da bakterije lakše vežu srebrne čestice – i lakše ugibaju. Budući da se ioni nekih metala bolje vežu za hidroksilne, a drugi za amino skupine, CS/Ag se pokazao dobrim sredstvom i za uklanjanje teških metala iz vode, od neugodnog no ne odviše opasnog željeza i bakra do izrazito toksičnog olova, kadmija i kroma. Na kraju se vidjelo kako srebro u kombinaciji s hitozanom uklanja iz vode i organske spojeve, jer ih djelovanjem kisika i Sunčeve svjetlosti razgrađuje (fotokatalizator). Sve u svemu pun uspjeh – i potpuno opravdanje naslova „Utilization of chitosan/Ag bionanocomposites as eco-friendly photocatalytic reactor for bactericidal effect and heavy metals removal (Upotreba bionanokompozitnih materijala hitozan/Ag kao ekološki prihvatljivih fotokatalitičkij reaktora za baktericidnu obradu te uklanjanje teških metala).“ 

Sve su svemu riječ je o univerzalnom i vrlo djelotvornom sredstvu za pročišćavanje vode, koje se usto može reciklirati budući da se iz njega dade, kada se istroši, izdvojiti srebro. No možda je najvažnije što nakon obrade vode rečenim bionanočesticama u vodi ne zaostaje ništa, a ponajmanje za zdravlje opasne reaktivne kisikove vrste kao pri upotrebi kemijskih sredstava (klora, hipoklorita, ozona ili vodikova peroksida). Zato mu i pristaje oznaka „eco-friendly“.

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, 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.