Nový nanomateriál pomůže odhalit a likvidovat těžké kovy ve vodě. Je navíc recyklovatelný

Nanomateriál vznikl jako výsledek spolupráce expertů z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci, Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava (VŠB-TUO) a Katalánského institutu pro nanovědy a nanotechnologie (ICN2) v Barceloně.

Kontaminace odpadních vod průmyslovou činností je problémem současnosti, olovo a kadmium se spolu se rtutí (Hg) řadí mezi nejtoxičtější těžké kovy vůbec.

Jejich vypouštěním do životního prostředí dochází k rozsáhlému poškození vodního ekosystému a ke kontaminaci zemědělských plodin. U člověka při dlouhodobé zátěži těmito těžkými kovy hrozí selhání orgánů a životních funkcí, prokázány jsou i jejich rakovinotvorné účinky.

Proto je podle odborníků velmi důležité mít k dispozici levnou technologii, která dokáže tyto vysoce škodlivé látky ve vodě odhalit i v malém množství a současně je „elegantně a rychle odstranit“.

„Nově vyvinutý materiál dokáže obojí – ve formě papírového senzoru spolehlivě identifikuje kadmium či olovo a následně ve formě nanočástic tyto kovy s rekordní účinností odstraní. Touto cestou se moderní technologie ubírají. Obdobně se postupuje např. v medicíně, kdy tatáž látka v těle diagnostikuje onemocnění a následně jej i léčí,“ popsal jeden z autorů výzkumu Radek Zbořil z CATRIN.

Výsledky publikoval odborný časopis Small a vědci už také podali žádost o patentovou ochranu objevu.

Grafenové tečky (odvozené od „nobelovského“ materiálu grafenu), které výzkumníci studují řadu let, mají kromě dalších výjimečných vlastností schopnost fotoluminiscence - to znamená, že po ozáření světélkují. Tato vlastnost hrála při výzkumu důležitou roli.

„Zjistili jsme, že pokud se na povrch našeho senzoru naváže kadmium nebo olovo, dojde ke zhášení fotoluminiscence. Tím jsme schopni daný kov odhalit, a to ve velmi malém množství - mnohonásobně nižším, než jsou Evropskou unií povolené limity pro obsah těchto prvků v pitné vodě,“ uvedl první autor práce David Panáček z CATRIN.

Nevýhodou běžných technologií používaných v současnosti pro stanovení těžkých kovů je podle něj potřeba speciálního a nákladného technického vybavení i školeného personálu. Aby se vědci této komplikaci vyhnuli, vyvinuli unikátní papírový detektor.

„Základ tvoří levný chromatografický papír, na nějž jsme nanomateriál nanesli. Takový detektor je extrémně levný a nenáročný na použití. Po ponoření papírku do vody pouhým okem poznáme, jestli se ve vodě těžké kovy nacházejí, nebo ne,“ vysvětlil Panáček.

V porovnání s již dostupnými materiály, které jsou také schopny rozpoznat těžké kovy ve vodě, má nový materiál podle zástupců Univerzity Palackého řadu výhod. Tou nejdůležitější je schopnost těžké kovy ve vodě nejen odhalit, ale také likvidovat.

„Vyvinutý materiál se dá využívat opakovaně, je recyklovatelný. Navíc jde o uhlíkový materiál netoxický pro životní prostředí a není problém ho vyrábět ve velkém měřítku. Uplatnění by mohl najít například ve formě filtrů pro zabránění kontaminace vod nebezpečným olovem či kadmiem,“ doplnil další z autorů Michal Otyepka, kolega výše zmíněných badatelů z olomouckého institutu.

Výzkum začal zhruba před dvěma lety, kdy Panáček navštívil barcelonský institut v rámci doktorského studia. Působil ve skupině Arbena Merkoçiho, světově uznávaného odborníka v oblasti senzoriky.

„Od počátku jsme měli jasný plán spolupráce. My jsme vyvinuli uhlíkový nanomateriál s požadovanými optickými vlastnostmi umožňující detekci těžkých kovů a kolegové ze Španělska pak pomohli s testováním a optimalizací. Díky skvělé spolupráci a sdílení znalostí jsme dospěli k produktu, který má značný komerční potenciál,“ uzavřel Panáček.