ポリマーの画期的な進歩は水浄化に革命をもたらす可能性がある

私たちは誰もがファブリーズ芳香剤を見たことがあるでしょう。これはコーンスターチの誘導体を使用して、家の中の目に見えない大気汚染物質を捕らえ、不要な臭いを除去します。

コーネル大学の研究チームは、ファブリーズに含まれるのと同じ物質であるシクロデキストリンを使用して、浄水産業に革命を起こす可能性のある技術を開発しました。

チームを率いるのは、化学およびケミカルバイオロジーの准教授であり、2015年のマッカーサー財団フェローシップ受賞者でもあるウィル・ディクテル氏です。 彼のグループは、従来の活性炭よりもはるかに優れた速度 (場合によっては 200 倍) で吸着を介して汚染物質を取り込む多孔質形態のシクロデキストリンを発明しました。

活性炭には、シクロデキストリンから作られた以前のポリマーよりも表面積が大きいという利点があり、「汚染物質が付着する場所が増える」とディクテル氏は言うが、活性炭はシクロデキストリンほど強力に汚染物質を結合しない。

「私たちがやったのは、シクロデキストリンでできた最初の高表面積材料を作ることです」とディクテル氏は言い、「活性炭の利点の一部とシクロデキストリンの固有の利点を組み合わせたものです。 これら 2 つの材料の最高の特徴を組み合わせると、どちらのクラスよりもさらに優れた材料が得られます。

「これらの材料は、水が流れると数秒で汚染物質を除去します。したがって、非常に低エネルギーのフロースルー水浄化が可能になる可能性があり、これは非常に重要なことです。」と彼は言いました。

さらに、シクロデキストリン含有ポリマーは再生が容易で安価であるため、性能の低下が観察されることなく何度も再利用できます。

約 18 か月にわたる研究の結果は、12 月 21 日に Nature 誌にオンライン掲載されます。

この研究への支援は、持続可能なポリマーセンターを通じて米国科学財団から提供されました。このセンターには、コーネル大学、ミネソタ大学、カリフォルニア大学バークレー校の多様な研究者チームが結集しており、持続可能で非持続的な材料から高性能材料を発見しています。 -石油ベースのソース。

シクロデキストリンポリマーの発見に続いて、コーネル大学の持続可能な未来のためのアトキンソンセンターによって、プロトタイプの濾過システムをスケールアップして構築するための追加のサポートが提供されています。

NSF の助成金が授与された直後に研究が始まりました。 Dichtel のチームがシクロデキストリンポリマーが水の浄化に有望であることを確認するまでに、時間はかかりませんでした。 さらに数カ月かけて資料を分析した後、ディクテルは土木環境工学助教授のダミアン・ヘルブリングに連絡を取った。 ヘルブリングの研究分野には、人間と生態系の健康に関連する水質が含まれます。

「昨年の1月か2月の初期段階での私の役割はコンサルタントでした」と論文の共著者であるヘルブリング氏は語った。 「彼らはこう言いました。『我々にはこれを実現できるポリマーがある。 これを適用できる水質問題は何ですか?」

ヘルブリング氏は、彼のグループが、現実世界の水の浄化に関連する低濃度でさまざまな汚染物質混合物を吸着するかどうかを確認するために、ディクテルのグループがしなかった方法でポリマーに挑戦したと指摘した。

「[私たちの貢献は]環境的に適切な条件下であっても、彼らが観察していた現象には再現性があることを証明しました。 そして彼らはそうでした」とヘルブリング氏は語った。

リサイクル可能性はシクロデキストリンポリマーのもう一つの利点である、とディクテル氏は述べた。 活性炭フィルターは再生のために激しい熱処理を受ける必要がありますが、シクロデキストリンフィルターはメタノールまたはエタノールを使用して室温で洗浄できます。 また、再生後のパフォーマンスの低下は観察されなかったとディクテル氏は述べた。

マッカーサー財団の「天才賞」の賞金は5年間で総額62万5000ドルとなるディクテル氏は、その賞の一部はシクロデキストリン水精製のさらなる研究に充てられ、最終的には大規模製造が可能な製品の準備が整うと述べた。

「伝統的に、研究室での発見と、それが人々を助けることができる何かを世に送り出すこととの間のギャップを埋めるのは困難でした」と彼は言う。 「ですから、その分野で実践的に使用できる、まったく制限のないサポートは本当に価値があります。」