Syntetická barviva používaná v textilním průmyslu při výrobě přecházejí do odpadních vod. Jejich vypouštění bez předchozího čištění má negativní důsledky pro životní prostředí a lidské zdraví. Textilní barviva kontaminují vodní prostředí, mohou být toxická pro vodní organismy a dostat se do potravního řetězce. Narušují také fotosyntézu či inhibují růst rostlin.
Ohrožení životního prostředí a zdraví je aktuální zejména v Asii, kde se soustřeďuje celosvětový textilní průmysl. Výroba často probíhá v provozech, kde je většina technologií zastaralá a může chybět environmentální legislativa a dohled. Výroba jednoho kilogramu nových textilií vyžaduje 1,5 až 6,9 kg chemikálií. V roce 2021 bylo v Indii vyrobeno přibližně 327 tisíc tun barviv a pigmentů. Velká část odpadních vod se zbytky barviv je v zemi vypouštěna nečištěná.
Vybudování odpovídajících technologií, jako jsou čistírny odpadních vod, je nákladné a trvá dlouho. Vědci z Chalmersovy technické univerzity ve švédském Göteborgu vyvinuli novou metodu, která dokáže odstranit z vypouštěné odpadní vody až 80 % barviv pomocí materiálu na bázi celulózy, konkrétně jejích nanokrystalů.
Nový materiál
Nanokrystalická celulóza (NCC) je nový materiál, který otevírá pomyslné dveře budoucí generaci „zelených“ nanokompozitů. Připomeňme, že celulóza (C6H11O5)n je nejhojnější formou organické látky vyskytující se na zemském povrchu. Rostliny a stromy si ji syntetizují v semikrystalické podobě a využívají pro vytvoření svých podpůrných pletiv.
Výhodou výroby nanokrystalické celulózy je, že o základní surovinu není nouze. Získává se ze dřeva a různých zdrojů celulózových materiálů. Rozhodně však není třeba kácet stromy, stačí zbytky, jako jsou větve, nebo dokonce piliny. Výroba začíná úpravou dřeva, z něhož se odstraňuje lignin a hemicelulóza. Pro uvolnění rostlinných vláken ze zdrojového materiálu se používá mechanické mletí, hydrolýza kyselinou sírovou, případně i jiné technologie (ultrazvukové mletí).
Nanokrystaly jsou extrémně malé: částice mají typicky šířku 3–5 nm a délku 50–500 nm (jeden nanometr = jedna miliardtina metru). Materiál je lehký, ale s vysokou pevností. Má velkou povrchovou plochu a velmi dobré absorpční vlastnosti. Je chemicky inertní, má hydrofilní povrch a je transparentní. Zdroje uvádějí, že díky hustě uspořádaným mikroskopickým jehličkám podobným krystalům má ve srovnání s nerezovou ocelí osminásobně vyšší pevnost v tahu. Navíc jde o levný materiál – je to jakási přírodní obnovitelná verze uhlíkových nanotrubiček, ale za zlomek jejich ceny.
V současnosti se testuje její využití v celé řadě různých aplikací. Slibné je použití pro purifikaci vody od biologických a chemických nečistot, jako jsou stopy barviv, olejů a pesticidů.
Používá se již k výrobě flexibilních elektronických displejů příští generace a vědci tvrdí, že může být alternativou kovovým a plastovým součástem automobilů.
Švédský výzkum
Na Chalmersově univerzitě zkoumali vlastnosti a potenciální aplikace nanokrystalů celulózy. Jednou z nich je použití pro čištění vody – získaný biologický materiál ve formě celulózového prášku dokáže odfiltrovat toxická barviva z odpadních vod. Výzkum byl proveden ve spolupráci s Malaviya National Institute of Technology Jaipur v Indii, kde jsou škodliviny z barviv v odpadních vodách textilního průmyslu rozšířeným problémem.
Čištění nevyžaduje tlak ani teplo a ke katalýze procesu využívá sluneční světlo. „Představte si jednoduchý čisticí systém, jako je přenosná krabička připojená k odpadnímu potrubí. Když znečištěná voda prochází práškovým celulózovým filtrem, znečišťující látky se pohlcují a sluneční světlo vstupující do čisticího systému způsobuje jejich rychlý a účinný rozklad. Jedná se o nákladově efektivní a jednoduchý systém, který se snadno nastavuje a používá, a vidíme, že by mohl být velmi přínosný v zemích, kde je v současné době špatná nebo žádná úprava vody,“ říká k tomu vedoucí výzkumu Gunnar Westman a přirovnává metodu k nalití malinové šťávy do sklenice se zrnky rýže, která šťávu nasáknou a voda je opět průhledná. Laboratorní testy s průmyslovou vodou ukázaly, že novou metodou se odstraní více než 80 procent znečišťujících látek z barviv, a jsou dobré možnosti dalšího zvýšení stupně čištění.
„Přechod od vypouštění zcela nevyčištěné vody k odstranění 80 procent znečišťujících látek je v daném regionu obrovským zlepšením a znamená podstatně menší ničení přírody a poškozování lidí. Navíc optimalizací pH a doby čištění vidíme příležitost k dalšímu zlepšení procesu tak, abychom mohli vyrábět jak vodu na zavlažování, tak pitnou vodu,“ dodává Gunnar Westman.
Dalším krokem by mělo být testování v některém z malých průmyslových podniků přímo v Indii. Je otázkou, zda bez silné a vynucované legislativy k ochraně životního prostředí nezůstane jen u úspěšných laboratorních testů.
Vědci však ve hledají další možnosti, jak systém přizpůsobit a modifikovat v závislosti na typech znečišťujících látek, které je třeba odstranit. Hovoří se například o znečištění toxickým šestimocným chrómem, který je běžný v odpadních vodách z těžebního, kožedělného a kovoprůmyslového průmyslu. Skupina rovněž zkoumá, jak by tato oblast výzkumu mohla přispět k čištění zbytků antibiotik.*
Jarmila Šťastná
