Nano-Kebab-Gewebe zerlegt chemische Kampfstoffe

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Anonim

Forscher haben ein Stoffmaterial geschaffen, das nanoskalige Fasern enthält, die chemische Kampfstoffe (CWAs) abbauen können. Auf den Nanofasern wurden einheitliche Beschichtungen aus Metall-organischen Gerüsten (MOFs) synthetisiert, die einzigartige kebabartige Strukturen bilden. Diese MOFs zerlegen die CWAs und machen sie unschädlich.

"Gegenwärtige Technologien zur Adressierung von CWAs basieren auf kohlenstoffbasierten Materialien - aber diese Kohlenstoffmaterialien können nur gefährliche Verbindungen adsorbieren, sie können sie nicht abbauen", sagt Junjie Zhao, eine ehemalige Ph.D. Student an der North Carolina State University und Hauptautor eines Papiers über die Arbeit. "Unser Ziel war es, neue Materialien zu entwickeln, die diese CWA-Verbindungen entgiften können, und wir waren erfolgreich." Die CWA-Degradationsforschung wurde von Forschern in der Arbeitsgruppe von Gregory Parsons bei NC State und Mitarbeitern von RTI International und dem Edgewood Chemical Biological Center durchgeführt.

"Frühere Forschungen hatten ergeben, dass MOFs CWAs effektiv abbauen können", sagt Zhao. "MOFs kommen jedoch normalerweise in Form eines Pulvers vor. Wir wollten sehen, ob wir MOFs als funktionale Beschichtungen auf Fasern aufziehen können, damit sie in Masken, Filtern und Schutzkleidung verwendet werden können."

"Wir glauben, dass diese Demonstration von gut kontrollierten MOF-Dünnschichten, die ihre chemische Funktionalität beibehalten, ein wichtiger Schritt für die persönliche Sicherheit ist und Auswirkungen auf viele andere zivile und kommerzielle Anwendungen hat", fügt Parsons hinzu, der Alcoa-Professor für Chemie- und Biomolekular-Ingenieurwissenschaften ist NC-Staat.

Die Forscher beginnen mit der Abscheidung eines dünnen Films aus Titanoxid auf einem Gewebe aus nanoskaligen Fasern mithilfe einer Dampfphasen-Technologie namens Atomlagenabscheidung. Das Titanoxid dient als Nukleationsschicht, die es den Forschern ermöglicht, verschiedene Zirkonium-basierte MOFs gleichmäßig auf die Nanofasern aufzubringen.

"Wir fanden heraus, dass die MOFs auf den Nanofasern in einer Kebab-ähnlichen Struktur gebildet werden, wobei die MOFs die gesamten Nanofasern gleichmäßig wie Fleischbällchen am Spieß abdecken", sagt Zhao.

Die Forscher testeten dann das MOF-funktionalisierte Gewebe sowohl gegen ein CWA-Simulans als auch gegen das Nervenmittel Soman. Sie fanden heraus, dass die Halbwertszeit des CWA-Simulans bei Exposition gegenüber Nano-Kebab-Gewebe nur 7, 3 Minuten betrug. Die Halbwertszeit des Soman war so kurz wie 2, 3 Minuten.

"Dies ist ein großer Schritt vorwärts für Materialien, die für den CWA-Schutz entwickelt wurden", sagt Christopher Oldham, leitender Forschungswissenschaftler bei NC State und Co-Autor dieses Papiers. "Die nächsten Schritte umfassen die Integration der MOF-Nanofaser-Kebab-Strukturen in die gegenwärtig eingesetzten Kleidungsstücke und Anzugmaterialien sowie die Bewertung der Haltbarkeit der Materialien unter verschiedenen Bedingungen. Derzeit sind chemische Feldanzüge schwer und erfordern viel Energie für den Soldaten Wenn wir die MOF-beschichteten Nanofasern in die äußeren Schichten des Chemikalienanzugs integrieren, können die inneren Schichten des Anzuges entfernt werden, was letztendlich zu einem Anzug führen könnte, der sich möglicherweise wie ein Sportkleid verhält und sich eher wie ein Müllbeutel anfühlt. "

Die Veröffentlichung "Ultra-Fast Degradation von chemischen Kampfstoffen mit MOF-Nanofaser-Kebabs" ist in der Zeitschrift Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht.

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