Ett material med förmågan att absorbera de två olika giftiga tungmetallerna arsenik och krom har upptäckts av ORNLs Santa Jansone-Popova från Chemical Sciences Division och Ping Li, båda från Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Resultaten av studien publicerades i Small och visar att detta nya material kan absorbera både krom och arsenik i ett balanserat 2-till-1-förhållande, enligt Oak Ridge National Laboratory. Detta material skapar en typ av synergi mellan bindandet av krom- och arsenik, vilket innebär att ju mer krom det binder desto mer arsenik kan materialet avlägsna.

– Det är sällsynt att en adsorbent fångar upp två föroreningar samtidigt och arbetar snabbt och effektivt i realistiska scenarier för att hantera det breda utbudet av vattenförhållanden över hela världen, säger Jansone-Popova.

När dessa två grundämnen är i vatten så bildar de kromat- och arsenatoxoanjoner, som också kan beskrivas som salter. Det knepiga med arsenik och krom är att de inte bryts ned utan är permanenta i miljön om de inte tas bort. När man försöker ta bort dem behövs också riktade tillvägagångssätt för att separera dessa metaller från ofarliga mineralsalter som är nödvändiga för ekosystemet.

Jansone-Popova arbetar med en grupp forskare som specialiserat sig på studier av absorbenter - material som är designade för att rikta in sig på specifika element och binda dem till en yta. Vid design av absorbenter är selektivitet avgörande. Varför? Eftersom målet är att bara binda specifika element, fånga så mycket som möjligt och binda dem till den begränsade ytan till dess absorbenten är full och behöver bytas ut eller återvinnas.

– De är ett av de mest lovande alternativen för vattenbehandling eftersom de är prisvärda, lätta att installera och kan arbeta snabbt för att filtrera en vattenförsörjning, men de måste skräddarsys för praktisk användning. Utmaningen är att designa material som effektivt kan isolera spårmängder av skadliga grundämnen, säger Jansone-Popova.

Oak Ridge National Laboratory skriver att Jansone-Popova tidigare arbetat med en "design av en adsorbent med hög selektivitet för kromat samt arbetar snabbt för att sanera vatten." Enligt en studie publicerad i Environmental Science and Technology minskade hans nya material kromatkoncentrationerna 100 gånger inom en minut (1 del per miljon till 10 delar per miljard).

Samarbetet med Ping Li gör det möjligt för forskarna att utveckla ett material som kan fånga både kromat och arsenat.

– Vårt utgångsmaterial är mycket effektivt för att fånga krom i dess mest giftiga form, sexvärt krom, men metoden var inte utformad för att vara selektiv för arsenik. När den här reaktionen inträffar förändras dock materialet, vilket skapar en plattform för ny kemi, säger Li

Nya modifieringar av materialet gör det också möjligt att bilda stabila kromat-arsenatkluster som är starkt knutna till absorbentens yta. Detta innebär att materialet effektivt fångar gifterna permanent och att de inte kan tvättas bort eller lossas från absorbenten utan avsiktligt avlägsnande genom en kemisk process.

– Grundläggande upptäckter som dessa kan hjälpa oss att minska giftiga föroreningar i miljön och uppfylla regulatoriska mål för rent vatten, säger Jansone-Popova.