Prije ravno tri desetljeća godina, 1991. godine, japanski je kemičar Sumio Iijima napravio najtanju cijev na svijetu. Napravio ju je tako da je ugljikove atome, koji su se nalazili u čvorovima heksagonske (grafitne ili grafenske) mreže uvio u valjak. Njegove su cjevčice, ugljikove nanocjevčice (carbon nanotubes, CNT) bile debele tek nekoliko milijuntinki milimetra. Štoviše, uspio je dobiti cjevčice različite debljine, pa ih je mogao umetati jednu u drugu, pa čak u njima držati molekule.

I dok su cjevčice nanometarskih dimenzija bile krajem prošloga stoljeća tek kuriozitet kemijskog laboratorija – slično mehaničkim igračkama urara i drugih vještih majstora u 18. stoljeću – u našem su stoljeću ostvarile pravo građanstva, nalazeći primjenu u svim područjima znanosti i tehnike. No, dobro, to je uglavnom poznato javnosti, pa i onoj najširoj. Manje je međutim poznato da se i od drugih materijala, da ne kažem atoma, mogu napraviti tako sitne cjevčice. Među tim materijalima je i natrijev titanat, Na₂Ti₃O₇.

Napraviti od njega nanocjevčicu posve je jednostavno. Ne treba učiniti drugo nego ortorompsku modifikaciju titanijeva dioksida, TiO₂ (u mineralogiji poznatu kao anatas) grijati 23 sata na 160 ^oC u 30-postotnoj natrijevoj lužini (točnije: otopini NaOH koncentracije 10 mol/L). Takvim postupkom dobiva se, kao što rekoh, natrijev titanat, ali ne u obliku ovakvih ili onakvih čestica nego u obliku nanocjevčica. One su duge 100 do 200 nm, s unutrašnjim promjerom 4, a vanjskim 10 nanometara (za usporedbu: promjer niklova iona, Ni²⁺,  je 0,138 nm, a molekulu vode možemo predočiti kuglicom promjera oko 0,3 nm).

Sve se to znalo i prije. Znalo se i da takve nanocjevčice imaju svojstvo ionskog (kationskog) izmjenjivača, tj. da vezane natrijeve ione mogu zamijeniti ionima drugog metala. No znanost ne napreduje samo otkrićem i objašnjavanjem prirodnih pojava nego i sintezom dotadašnjih znanja. Tim je putem, pravo govoreći, i Newton došao do nove fizike, no nećemo sad o Newtonu. Ovo pišem zato da bih prenio što sam pročitao u znanstvenom radu šestorice egipatskih kemičara što je krajem prošle godine osvanuo u časopisu Journal of Environmental Chemical Engineering pod naslovom „Consecutive removal of heavy metals and dyes by a fascinating method using titanate nanotubes“. Riječ je dakle o slijednom uklanjanju teških metala i bojila upotrebom titanatnih nanocjevčica i to – „fascinantnom metodom“.

Fascinantnom metodom? Kakva god metoda bila, fascinantna ili nefascinantna, činjenica je da su egipatski znanstvenici uspjeli titanatnim nanocjevičicama (titanate nanotube, TNT) pročistiti vodu i od anorganskih i od organskih tvari a usto je i dezinficirati, uništiti u njoj više vrsta bakterija i gljivica. Jednim su udarcem ubili tri muhe – a evo kako.

Već sam rekao da je natrijev titanat u obliku najnocjevčica (Na-TNT) ionski izmjenivač. To znači da će u dodiru s niklovim ionima (Ni²⁺) u vodi natrijev titanat, Na₂Ti₃O₇, prijeći u niklov titanat, NiTi₃O₇, a to opet vodi do toga da će Na-TNT pročistiti vodu od (toksičnih, karcinogenih…) niklovih soli. No to nije sve, jer će niklovi ioni, sada vezani za nanocjevčice (Ni-TNT), vezivati za sebe molekule organskih tvari, u ovom slučaju molekule anilinske boje metilenskog modrila (methylene blue, MB). Već bi i to bilo dovoljno da se ta boja za tekstil ukloni iz vode, no ako se kompleks metilenskog modrila s niklovim titanatom izloži suncu, titanatne nanocjevčice će se pokazati kao fotokatalizatori, što znači da će se metilensko modrilo oksidirati u čovjeku i okolišu bezopasne tvari. Ujedno će se i fotokatalizator (Ni-TNT) obnoviti, te postati raspoloživ za vezivanje drugih molekula metilenskog modrila no i za uništavanje bakterija i gljivica, drugim riječima za dezinfekciju.

Prava vrijednost novog sredstva za pročišćavanje vode vidi se kada ga se usporedi s drugim oblicima titanatnih nanocjevčica. Dok gram nanocjevčica TNT može za sebe vezati 98 miligrama MB, njihova natrijska sol (Na-TNT) ima kapacitet od 330 mg/g, a niklova (Ni-TNT) 916 mg/g. Drugim riječima, TNT vezivanjem nikla ne samo da čisti vodu od tog nadasve otrovnog elementa, nego i povećava svoju sposobnost uklanjanja metilenskog modrila umalo deset puta! Dodajmo tome da je TNT (ne onaj nego ovaj!) potpuno bezopasna tvar, neotrovna za bilo koga. Fascinantno, zar ne?

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.