Naukowcy z Politechniki Gdańskiej opracowali elektrody z druku 3D, które skutecznie usuwają pozostałości leków ze ścieków. Technologia eliminuje potrzebę stosowania rzadkich metali i surowców krytycznych, a same elektrody są łatwiejsze w utylizacji niż dotychczasowe rozwiązania. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie „Nano-Micro Letters” o wskaźniku Impact Factor równym 36,3.
Interdyscyplinarny zespół z trzech wydziałów Politechniki Gdańskiej stworzył innowacyjną metodę wytwarzania trwałych elektrod węglowych. Kluczem do sukcesu okazała się dwuetapowa strategia produkcji, która pozwala na bezpośredni wzrost nanostrukturalnego węgla na zaprojektowanych strukturach węglowych.
Dr Mattia Pierpaoli wyjaśnia, że komercyjnie dostępne przewodzące filamenty do druku 3D mają istotne ograniczenia – nie wytrzymują wysokich temperatur ani agresywnych środowisk chemicznych, a dodatkowo wymagają procesów wstępnej aktywacji. Nowe rozwiązanie z Politechniki Gdańskiej przezwycięża te problemy i skutecznie utlenia trzy związki farmaceutyczne: atenolol, metoprolol i propranolol, które są powszechnie wykrywane w polskich ściekach.
Zrównoważona alternatywa dla technologii opartych na metalach
Dotychczas stosowane elektrody do oczyszczania ścieków i analizy elektrochemicznej wymagają użycia surowców krytycznych lub rzadkich metali. Takie rozwiązania obciążają środowisko, generują wysokie koszty i stwarzają problemy z utylizacją.
Gdańska metoda eliminuje potrzebę stosowania katalizatorów metalicznych oraz podłoża zawierającego surowce krytyczne. Elektrody są nie tylko bardziej zrównoważone w produkcji, ale też łatwiejsze do zagospodarowania po zakończeniu eksploatacji. Rozwiązanie łączy możliwość dowolnego projektowania elektrod z korzyściami dla środowiska, ponieważ nie wykorzystuje rzadkich i toksycznych materiałów.
Zastosowanie w oczyszczalniach i diagnostyce medycznej
Opracowane elektrody znajdują zastosowanie przede wszystkim w oczyszczaniu ścieków pod kątem usuwania substancji czynnych farmaceutycznie oraz innych mikrozanieczyszczeń organicznych. Technologia może jednak służyć także w innych obszarach.
Jak wskazuje profesor Pierpaoli, podejście do wytwarzania nowych materiałów może znaleźć zastosowanie w tworzeniu biosensorów i diagnostyce medycznej. Dzięki odpowiedniemu dostosowaniu nanostruktury możliwe jest ograniczenie zjawiska zanieczyszczania elektrod, które obniża efektywność usuwania mikrozanieczyszczeń organicznych i skuteczność czujników. W przypadku czujników podejście to umożliwia uzyskanie bardziej wiarygodnych i czułych wyników w skomplikowanych matrycach takich jak krew czy mocz.
Projekt realizowany w ramach programu Opus Narodowego Centrum Nauki łączył różne obszary wiedzy. Za testy elektrochemiczne i charakteryzację materiałów odpowiadała doktorantka Iwona Kaczmarzyk przy wsparciu dr Pawła Jakóbczyka oraz profesorów Jacka Ryla i Roberta Bogdanowicza. Doktorant Patryk Sokołowski rozwijał technologię druku 3D i metody wytwarzania elektrod. Dr inż. Małgorzata Szopińska zajmowała się opracowaniem metodyk analitycznych i walidacją wyników.
Technologia z Politechniki Gdańskiej wpisuje się w szerszy kontekst transformacji energetycznej i zrównoważonego rozwoju. Oczyszczalnie ścieków zużywają znaczące ilości energii elektrycznej, a uniezależnienie ich od rzadkich surowców zmniejsza presję na łańcuchy dostaw strategicznych materiałów. Eliminacja mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych ze ścieków chroni ekosystemy wodne i redukuje długofalowe skutki środowiskowe, które pośrednio wpływają na bezpieczeństwo energetyczne i koszty infrastruktury komunalnej. Rozwiązanie oparte na druku 3D umożliwia lokalizację produkcji elektrod, co skraca łańcuchy logistyczne i wzmacnia zasady gospodarki obiegu zamkniętego.Retry
