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更有效的是，它具有磁性，可以用磁鐵輕松地從水中吸走污染物。最近，研究小組對(duì)這些顆粒進(jìn)行了優(yōu)化，以捕獲對(duì)水生生物有害的雌激素荷爾蒙。

介紹和意義

研究人員在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）秋季會(huì)議上展示了他們的成果。美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì) 2023 年秋季會(huì)議有大約 12000 個(gè)關(guān)于各種科學(xué)主題的報(bào)告。

海洋、湖泊和河流中的水會(huì)受到各種污染物的污染，因此需要一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的清潔方法。一個(gè)研究小組正在設(shè)計(jì)一種磁性納米粒子，這種粒子可以靶向雌激素等特定污染物，這些污染物被廢水帶入水道，可能對(duì)水生生物有害。這些顆粒由氧化鐵制成，我們大多數(shù)人都知道氧化鐵是鐵銹。研究人員可以改變顆粒的表面，使其能夠吸附各種污染物。然后，磁鐵就能將顆粒連同附著在顆粒上的污染物一起吸出水面。資料來(lái)源：美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)

"我們的'智能銹'便宜、無(wú)毒、可回收，"該項(xiàng)目的首席研究員馬庫(kù)斯-哈利克博士說(shuō)。"我們已經(jīng)證明了它對(duì)各種污染物的用途，顯示出這項(xiàng)技術(shù)在大幅改善水處理方面的潛力。"

智能銹背后的科學(xué)

多年來(lái)，Halik 的研究團(tuán)隊(duì)一直在研究去除水中污染物的環(huán)保方法。他們使用的基礎(chǔ)材料是超順磁性氧化鐵納米顆粒，這意味著它們會(huì)被磁鐵吸引，但不會(huì)相互吸引，因此顆粒不會(huì)結(jié)塊。

為了讓它們變得"聰明"，研究小組開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，將膦酸分子附著在納米大小的球體上。埃爾蘭根-紐倫堡弗里德里希-亞歷山大大學(xué)的哈里克說(shuō)："我們?cè)谘趸F內(nèi)核上添加一層分子后，它們看起來(lái)就像從這些顆粒表面伸出的毛發(fā)。然后，通過(guò)改變與膦酸另一側(cè)結(jié)合的物質(zhì)，研究人員可以調(diào)整納米粒子表面的特性，從而強(qiáng)力吸附不同類型的污染物。"

早期版本的智能鐵銹能吸附從地中海采集的原油和從研究人員所在大學(xué)附近采集的池塘水中的草甘膦。此外，研究小組還證明，智能銹可以去除實(shí)驗(yàn)室和河水樣本中添加的納米塑料和微塑料。

針對(duì)荷爾蒙污染物

到目前為止，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)鎖定了大部分大量存在的污染物。盧卡斯-穆勒（Lukas Müller）是一名研究生，他將在本次會(huì)議上展示自己的新成果。當(dāng)我們體內(nèi)的一些激素被排出體外時(shí)，它們會(huì)被沖入廢水中，最終進(jìn)入水道。天然和合成雌激素就是這樣一類激素，這些污染物的主要來(lái)源包括人類和牲畜的排泄物。環(huán)境中的雌激素含量很低，因此很難清除。然而，即使這些含量也已被證明會(huì)影響一些植物和動(dòng)物的新陳代謝和繁殖，不過(guò)長(zhǎng)期低含量的這些化合物對(duì)人類的影響還不完全清楚。

穆勒說(shuō)："我從最常見(jiàn)的雌激素雌二醇開(kāi)始，然后是其他四種分子結(jié)構(gòu)相似的衍生物。雌激素分子具有笨重的類固醇主體和帶輕微負(fù)電荷的部分。為了利用這兩個(gè)特點(diǎn)，他在氧化鐵納米粒子上涂上了兩組化合物：一組帶長(zhǎng)電荷，另一組帶正電荷。研究人員推測(cè)，這兩種分子在納米粒子表面形成了數(shù)十億個(gè)"口袋"，將雌二醇吸入并困住。"

由于肉眼看不到這些"口袋"，Müller 一直在使用高科技儀器來(lái)驗(yàn)證這些雌激素捕獲"口袋"是否存在。初步結(jié)果顯示，從實(shí)驗(yàn)室樣本中提取激素的效率很高，但研究人員還需要從固態(tài)核磁共振光譜和小角中子散射等其他實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證口袋假說(shuō)，并且正試圖用不同的拼圖來(lái)理解分子究竟是如何在納米粒子表面組裝的。

未來(lái)展望

展望未來(lái)，研究小組打算在現(xiàn)實(shí)世界的水樣中測(cè)試這些顆粒，并確定它們可以重復(fù)使用的次數(shù)。研究人員說(shuō)，由于每個(gè)納米粒子都有很大的表面積和很多口袋，因此它們應(yīng)該能夠去除多個(gè)水樣中的雌激素，從而降低每次清洗的成本。Halik總結(jié)說(shuō)："通過(guò)反復(fù)循環(huán)使用這些顆粒，這種水處理方法對(duì)材料的影響可能會(huì)變得非常小。"