הורמונים סטרואידים הם בין המזהמים המיקרו-מימיים הנפוצים ביותר. הם מזיקים לבריאות האדם, והם גורמים לחוסר איזון אקולוגי בסביבות מימיות. במכון הטכנולוגי של קרלסרוהה (KIT), חוקרים חקרו כיצד הורמונים סטרואידים מתפוררים בכור ממברנה אלקטרוכימית עם ממברנות ננו-צינוריות פחמן. הם גילו שספיחה של הורמונים סטרואידים על ננו-צינוריות הפחמן לא הגבילה את הפירוק של ההורמונים לאחר מכן. דוח על עבודתם פורסם ב תקשורת טבע (DOI: 10.1038/s41467-024-52730-7).
אספקת מים נקיים לאנשים ברחבי העולם היא אחד האתגרים הגדולים של היום ומחר. מיקרו מזהמים שונים (חומרים אורגניים ואי-אורגניים) נמצאים בריכוזים נמוכים בשפכים אך עדיין עלולים להזיק לבני אדם ולסביבה. סיכונים ניכרים נובעים מחומרים משבשי מערכת האנדוקרינית, כמו הורמונים סטרואידים, שעלולים להשפיע על המערכת ההורמונלית. חומרים כאלה נמצאים בתרופות, אמצעי מניעה ומוצרים אחרים. למרות שקשה לזהות אותם במים, הם עלולים לפגוע קשות בבריאות האדם ולשבש את שיווי המשקל האקולוגי של סביבות מימיות.
חמצון מקל על פירוק מיקרו מזהמים
הורמונים סטרואידים אינם ניתנים לזיהוי או הסרה בשיטות טיפול קונבנציונליות במים. חמצון אלקטרוכימי (EO) זוכה להכרה כגישה מבטיחה להסרתן; מערכות EO מורכבות מאנודה וקתודה המחוברות למקור מתח חיצוני. האנרגיה החשמלית באלקטרודות מגוונת (מודול)מה שמוביל לחמצון ופירוק של מזהמים על פני האנודה. ניתן לנצל EO בצורה יעילה יותר עם כורי ממברנה אלקטרוכימיים (EMR), שבהם ממברנה מוליכה משמשת כאלקטרודת זרימה, משפרת את העברת המסה והופכת אתרים פעילים לנגישים יותר עבור המולקולות המגיבות.
תכונות פיזיקליות וכימיות ייחודיות של ננו-צינורות פחמן
בשיתוף פעולה עם מדענים מאוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס והאוניברסיטה העברית בירושלים, חוקרים במכון לטכנולוגיית ממברנה מתקדמת של KIT (IAMT) הכריזו על התקדמות בהבנת המנגנונים המסתוריים הפועלים ב-EMR. למאמר ב"טיפול במים וקציר", גיליון מיוחד של תקשורת טבעהם חקרו את הפירוק של מיקרו-מזהמים של הורמונים סטרואידים ב-EMR עם ממברנות ננו-צינוריות פחמן. עם קטרים בטווח הננומטר, לננו-צינוריות פחמן (CNT) יש תכונות פיזיקליות וכימיות ייחודיות.
המוליכות החשמלית הגבוהה שלהם מאפשרת העברת אלקטרונים יעילה. הודות לננו-מבנה שלהם, ל-CNT יש שטח פנים גדול במיוחד, מה שנותן להם פוטנציאל עצום לספיחת תרכובות אורגניות שונות. זה מקל על התגובות האלקטרוכימיות הבאות."
אנדריאה איריס שפר, פרופסור להנדסת תהליכי מים וראש ה-IAMT ב-KIT
במחקרם השתמשו המדענים בשיטות אנליטיות מתקדמות כדי לחקור את האינטראקציות המורכבות של ספיחה ופירוק, תגובות אלקטרוכימיות ויצירת תוצרי לוואי ב-EMR. "מצאנו שספיחה מוקדמת של הורמונים סטרואידים, כלומר העשרתם על פני השטח של ה-CNT, לא הגבילה את הפירוק המאוחר של ההורמונים", אמר ד"ר Siqi Liu, פוסט-דוקטורט של IAMT. "אנחנו מייחסים זאת לספיחה מהירה והעברת המונים יעילה". הגישה האנליטית של המחקר מאפשרת זיהוי של גורמים המגבילים את פירוק הורמונים בתנאים משתנים. "הניתוח שלנו מסביר כמה מהמנגנונים הבסיסיים בכורי ממברנות אלקטרוכימיות ומספק תובנות חשובות לשיפור אסטרטגיות אלקטרוכימיות לחיסול מיקרו מזהמים מהמים", סיכם שפר.
