Druk 3D i nanotechnologia w służbie czystej wody
Nad technologią pracował interdyscyplinarny zespół naukowców i doktorantów z trzech wydziałów Politechniki Gdańskiej. Ich celem było opracowanie trwałych, wysokowydajnych elektrod węglowych drukowanych w 3D, które można wykorzystać zarówno do elektrochemicznego oczyszczania ścieków, jak i do precyzyjnych pomiarów wykrywających nawet śladowe ilości zanieczyszczeń.
– Komercyjnie dostępne przewodzące filamenty do druku 3D mają liczne ograniczenia: nie wytrzymują wysokich temperatur ani agresywnych środowisk chemicznych, a ponadto wymagają dodatkowej aktywacji – tłumaczy dr Mattia Pierpaoli, prof. PG z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, kierownik projektu. – W naszym zespole opracowaliśmy nową, dwuetapową metodę wytwarzania elektrod, które skutecznie utleniają trzy często spotykane w ściekach związki farmaceutyczne: atenolol, metoprolol i propranolol.
Bez metali i surowców krytycznych
Nowe elektrody stanowią zrównoważoną alternatywę dla obecnie stosowanych rozwiązań, które często bazują na rzadkich metalach i surowcach krytycznych. Te są kosztowne, trudne w recyklingu i obciążają środowisko.
– Nasze elektrody nie wymagają stosowania metalicznych katalizatorów ani podłoży zawierających surowce krytyczne – podkreśla prof. Pierpaoli. – Umożliwiają bezpośredni wzrost nanostrukturalnego węgla na specjalnie zaprojektowanych strukturach, dzięki czemu są bardziej zrównoważone w produkcji i prostsze w zagospodarowaniu po zakończeniu pracy.
Zastosowanie w ochronie środowiska i diagnostyce
Ekoelektrody z Politechniki Gdańskiej mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w oczyszczaniu ścieków, ale również w tworzeniu biosensorów i w diagnostyce medycznej. Odpowiednie dostosowanie ich nanostruktury ogranicza tzw. fouling, czyli zanieczyszczanie powierzchni elektrod, co poprawia skuteczność usuwania mikrozanieczyszczeń i zwiększa czułość pomiarów.
– W przypadku czujników takie podejście pozwala uzyskać bardziej wiarygodne wyniki nawet w trudnych środowiskach, takich jak próbki krwi czy moczu – dodaje naukowiec.
Interdyscyplinarny zespół i prestiżowa publikacja
Projekt realizowany był w ramach programu Opus Narodowego Centrum Nauki. W badaniach uczestniczyli: doktorantka Iwona Kaczmarzyk, odpowiedzialna za testy elektrochemiczne i charakteryzację materiałów, dr Paweł Jakóbczyk, prof. Jacek Ryl i prof. Robert Bogdanowicz, którzy wspierali analizę danych, oraz doktorant Patryk Sokołowski, zajmujący się rozwojem technologii druku 3D i metod wytwarzania elektrod. Za analizy chemiczne i walidację wyników odpowiadała dr inż. Małgorzata Szopińska. Koordynatorem projektu był dr Mattia Pierpaoli, prof. PG.
Wyniki badań zostały opublikowane w Nano-Micro Letters – jednym z najwyżej notowanych czasopism naukowych w dziedzinie nanotechnologii (Impact Factor 2024: 36,3).
