آب‌های زیرزمینی منبع ضروری آب شرب در بسیاری از کشورها هستند. بنابراین آلودگی فلزات سنگین در آب‌های زیرزمینی یک خطر قابل توجه برای سلامتی انسان‌ها است. محققان مؤسسه علوم هند (IISc) محلول مبتنی بر نانومواد ساخته‌اند که می‌تواند به طور مؤثری حضور فلزات سنگین مانند کروم را در آب‌های زیرزمینی کاهش دهد.

کروم معمولاً از طریق پساب‌های صنایعی مانند دباغی چرم، آبکاری الکتریکی و نساجی وارد خاک و آب‌های زیرزمینی می‌شود. پراتیما باساواراجو از محققان این پروژه می‌گوید: فلزات سنگین به دلیل شهرنشینی و سوءمدیریت توسط صنایع وارد محیط زیست می‌شوند.

اکثر روش‌های کنونی برای حذف آلودگی فلزات سنگین بر پمپاژ آب از زمین و به دنبال آن تصفیه با استفاده از رسوب شیمیایی، جذب سطحی، تبادل یونی و اسمز معکوس در مکان‌های مختلف انجام می‌شود. تیم IISc برای حل این مشکل روش جایگزین در محل پیشنهاد می‌کند که شامل استفاده از نانوذرات آهن است که می‌تواند فلزات سنگین را اصلاح کند.

پراتیما توضیح می‌دهد: اگر آب‌های زیرزمینی آلوده باشد، می‌توانیم این نانوذرات را به منطقه آب‌های زیرزمینی تزریق کنیم، جایی که آهن با کروم واکنش داده و آن را تثبیت می‌کند و در نتیجه آب شفاف ایجاد می‌شود.

این گروه ابتدا سنتز نانوذرات متشکل از نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی (nZVI) را امتحان کردند. این شکل از آهن می‌تواند با فرم سمی و سرطان‌زای کروم (کروم ۶ ظرفیتی) واکنش داده و آن را به شکل کمتر مضر (کروم سه ظرفیتی) احیاء کند که به نوبه خود منجر به رسوب همزمان می‌شود. با این حال، این تیم به زودی متوجه شد که ذرات nZVI تمایل به جمع شدن دارند که کاربرد آنها را محدود می‌کند.

برای جلوگیری از تجمع، این تیم به کربوکسی متیل سلولز (CMC) روی آوردند. پراتیما توضیح می‌دهد: ما nZVI را با پوشش دادن آن با CMC اصلاح کردیم. این ماده یک لایه تثبیت کننده در اطراف nZVI تشکیل می‌دهد که ذرات را جدا می‌کند. پوشش CMC علاوه بر این با جلوگیری از اکسیداسیون هسته آهن، عمر مواد را طولانی‌تر کرد.

این تیم همچنین واکنش‌پذیری CMC-nZVI را با قرار دادن آن در معرض ترکیبات حاوی گوگرد در شرایط بدون اکسیژن افزایش دادند. این امر باعث فرآیندی به نام سولفیداسیون شده و یک لایه محافظ سولفید آهن بر روی سطح تشکیل می‌دهد، این تغییرات پایداری S-CMC-nZVI را بهبود بخشید و واکنش‌پذیری و کارایی آن را حفظ کرد.

S-CMC-nZVI تقریباً ۹۹ درصد کارایی را در حذف کروم 6 ظرفیتی نشان داد که این کار تحت شرایط مختلف مانند سطوح مختلف pH و حضور سایر یون‌های رقیب که ممکن است در آب‌های زیرزمینی یافت می‌شود، انجام شد. این تیم این نانومواد تقویت شده را در شرایطی شبیه به محیط آب‌های زیرزمینی آزمایش کردند.

همچنین این روش می تواند در پاکسازی آلاینده‌هایی مانند کادمیوم، نیکل و کروم در رسوبات آلوده دریاچه بسیار مفید باشد.

این تیم نتایج این مطالعه خود را در Journal of Water Process Engineering منتشر کردند.