Udržitelné porézní 2D membrány a 3D houby pro odstraňování a detekci mikroplastů a nanoplastů

V současné době se svět potýká s kritickým problémem plastů a mikroplastů ve vodách. Závažnost znečištění vod se v různých částech světa liší, ale obavy z jejich dopadu na ekosystémy, zdraví a ekonomiku jsou podobné. Problém je nejenom v množství těchto znečišťujících látek, ale i v jejich detekci, a především v jejich odstraňování z životního prostředí, vody, půdy i ovzduší. Cílem projektu je připravit 2D porézní membrány a 3D houbovité struktury s otevřenými póry pro velmi účinnou detekci a odstraňování především mikroplastů a nanoplastů z životního prostředí metodou filtrace a adsorpce. Problém jejich detekce a odstraňování je komplikován faktem, že vlivem jejich interakce s jinými látkami, jejich chemickými modifikace a působením UV záření dostává jejich povrch elektrický náboj. Proto filtry k jejich zachycení (a detekci) musejí mít možnost různé modifikace povrchového náboje, který zvyšuje účinnost záchytu a tím detekce i odstraňování z vody. MXenes sloučeniny (2D karbidy a nitridy přechodných prvků) kombinují elektrickou vodivost kovů a hydrofilní povrch, daný kyslíkatými funkčními skupinami na jejich povrchu. Pro jejich aplikace v environmentálních technologiích se využívá hydrofility povrchu k navázání dalších látek od malých molekul až po polymery, čímž se upravuje funkčnost jejich povrchu. V našem případě budeme vytvářet nanokompozity MXenes sloučenin s polysacharidy stromových gum. Tyto přírodní materiály mají podobné kyslíkaté funkční skupiny (-COOH, -OH, -CO a –COCH3) a jsou také hydrofilní. Nanokompozity Mxenes/guma vzniklé chemickým síťováním budou využity k odstraňování (adsorpci/separaci) a detekci mikro- a nano-plastů v životním prostředí. Pro tuto aplikaci bude využita možnost řízení jak struktury nanokompozitu, tak především jeho povrchové vlastnosti, včetně distribuce povrchového náboje. Navrhovaný společný projekt spočívá v provedení základních studií týkajících se porézních hierarchicky strukturovaných 2D membrán s nízkou hustotou a 3D houbovitých struktur připravených buď metodou elektrospinningu, nebo metodou lyofilizace. Projekt si dává za cíl jejich využití jako filtrů pro účinnou detekci mikro- a nano-plastů metodou SERS (Surface enhanced Raman spectroscopy) a jejich následné odstraňování. 2D membrány budou studovány pro fyzikální filtraci a detekci mikro- a nano-plastů, zatímco 3D houby s velmi vysokým objemem pórů jsou velmi slibné pro adhezivní filtraci/adsorpci.