Grafenová kyselina – nový recept na odstranění těžkých kovů a získávání vzácných kovů z vod

Zabezpečení dostatečného množství pitné vody a vývoj nových technologií čištění kontaminovaných vod představuje jednu z největších společenských i vědeckých výzev. K nejčastějším a vysoce toxickým zdrojům znečištění patří právě těžké kovy. Pokud se dostanou do řek či povrchových vod, zásadně ohrožují vodní ekosystém a kvůli bioakumulaci v životně důležitých orgánech poškozují zdraví člověka. Do vod pronikají například z neregulované těžby, jako součást energetických odpadů nebo odpadních produktů při výrobě oceli, elektroniky či baterií. „Ekonomicky nejvýhodnější metodou jejich odstranění je sorpce na vhodných porézních organických i anorganických sorbentech. Nevýhodou těchto sorpčních technologií je často nízká účinnost zachycení těžkých kovů a slabá interakce sorbentu s kovy, čímž dochází k opětovnému uvolnění těžkých kovů do prostředí,“ objasnil jeden z účastníků výzkumu Michal Otyepka.

Řešení zmíněného slabého místa stávajících technologií nabízí nově vyvinutý typ sorbentu na bázi grafenové kyseliny. „Jedná se o dvoudimenzionální vrstvu uhlíku pokrytou karboxylovými skupinami, které slouží jako vazebný můstek pro zachycení těžkých kovů. Protože jsou zachyceny poměrně silnou vazbou, nedochází k jejich uvolnění. Po vlastní separaci lze změnou pH těžké kovy snadno oddělit od 2D sorbentu a ten opakovaně použít pro další dekontaminaci bez ztráty účinnosti,“ přiblížil princip jeden z korespondenčních autorů Radek Zbořil. Velká plocha povrchu grafenové kyseliny a vysoké pokrytí karboxylovými můstky podle něj dovolují dosáhnout rekordních účinností například při odstranění vysoce toxického olova či kadmia.

Vědci prokázali, že stejná technologie může být použita také pro získávání vzácných kovů, jako jsou paladium, galium nebo indium, které se dostanou do vodního prostředí. „Zásoby vzácných kovů se na naší planetě výrazně snižují a jejich levná a účinná separace z vod s možností jejich opakovaného průmyslového využití tak nabízí velký aplikační potenciál,“ přiblížil další možnost využití člen výzkumného týmu Aristeidis Bakandritsos.

Grafenová kyselina je dvojrozměrná organická kyselina. „Připravili jsme ji nedávno pomocí 2D chemie fluorografenu, kterou několik let rozvíjíme v Olomouci i díky podpoře grantu Evropské výzkumné rady,“ doplnil Otyepka.

Text: Mgr. Martina Šaradínová, tisková mluvčí vědeckých center CATRIN UPOL