分子模拟展示植物性材料捕获水污染物

法国和瑞士的科学家们进行了分子动力学模拟来理解为什么一些天然材料能够去除重金属离子污染的水。通过瓦解这些微观机制,团队希望收益率见解,其他人可以使用在设计水净化系统。

复杂,但往往价格昂贵,技术治疗水存在,如膜过滤、活性炭吸附和电凝法。生物材料作为低成本吸附剂也显示出巨大的希望。许多这样的材料,否则被丢弃,包括坚果、水果和蔬菜皮,海藻,花了咖啡渣和茶叶。2018年的一项研究来自印度的研究人员使用了咖啡渣去除氟化铅和受污染水的效率在90%左右。²2020年,一个团队在土耳其显示修改的茶叶废料可以删除四个不同的从水中重金属。³尽管大量证据的性能、天然材料尚未大规模使用。

丰富的材料很便宜,和环保。然而,迄今为止,有很少的工作描述实验试图描述这些自然捕获代理和相关的微观性质的微观机制。为什么这种对比?当然,这些天然材料的复杂性是一个原因。例如,他们每个人都由成千上万的不同化学成分、评论万达Andreoni,从瑞士联邦理工学院洛桑(EPFL)。

Andreoni和她的同事已经迈出了第一步了解这种材料使用的捕捉行动首次在分子水平上模拟在这一领域。我们利用先进的模拟,我们曾应用于各种各样的系统和物理化学过程,“Andreoni解释道。他们决定来模拟半纤维素如何捕捉从水中铅离子,随着多糖发生在许多植物性材料。他们的研究结果证实,半纤维素可以很容易地从水中吸收铅离子通过吸附,而这是大力昂贵的离子释放回水中。他们还公布了对水的双重角色,作为一个竞争者聚合物的金属离子的吸收,以及结合高分子的参与者。

安娜贝拉Selloni美国普林斯顿大学的发展计算工具来理解表面和界面的应用程序包括环境补救,说这项研究提供了一个清晰的、详细的和令人信服的复杂物理过程的相关性问题的水净化有毒金属。”她评论说,研究人员结合巧妙的造型与几个先进的计算方法,从第一原理计算和经典分子动力学增强统计抽样方法。特别是关键因素的研究集体变量用于metadynamics模拟,这是有效的描述符的必不可少的一个正确的分析过程。只使用两个独特的适合集体变量,研究人员能够分类系统的不同的配置的几千个原子,区分金属离子的配置作为污染物在水从这些被捕获,并被困在有机物质,甚至提供定量估计吸附/解吸的障碍。所有这些信息可以最有用的水净化系统的设计基于天然材料。

团队热衷于吸引来自不同领域的科学家对环境修复。“我们认为基础研究应该关注对社会至关重要的问题,是时候开始和利用最先进的方法,实验和理论的评论Andreoni。支持我们的信念来自于同样具有挑战性的研究领域:药物化学和药物设计。生物系统的复杂的药物设计主要是肯定不会低于说花了咖啡和香蕉皮。还是系统简化模型与计算方法相结合,特别是分子动力学,起到了非常重要的作用在药物研发进展。这些方法应该用于解决环境问题。

水净化是21世纪的最重要的挑战之一,作为我们的全球人口的很大一部分没有获得干净的水,”评论温迪李女王从欧洲谁有以前开发的用于水处理的财政部,但没有参与这项研究。“不幸的是,目前,几乎没有了解吸附剂的函数在给定从水中污染物的提取。这项工作可以帮助加快设计和发现最优萃取吸附剂的剧毒污染物从水中,使水净化过程更可持续和可访问。”