"Akıllı" DNA Yapıları Deniz Suyu Arıtımında Nasıl Devrim Yaratabilir ve Okyanus Kaynaklarının Kilidini Açabilir

Tatlı suya erişim, insan toplumunun sürdürülebilir kalkınması için hayati önem taşımaktadır. Ne yazık ki, tatlı su kıtlığı ciddi bir küresel endişe haline gelmektedir ve 2025 yılına kadar dünya nüfusunun üçte ikisi su kıtlığıyla karşı karşıya kalabilir. Bu sorunu ele almak için bilim insanları, bol deniz suyu kaynaklarından tatlı su elde etmenin yenilikçi yollarını araştırıyor. Umut verici yaklaşımlardan biri, ek enerji tüketimi olmadan tatlı su üretmek için yenilenebilir enerji kullanan güneş enerjili deniz suyu tuzdan arındırma yöntemidir. DNA hidrojellerini nasıl kullandığını öğrenin

Tatlı suyun yanı sıra, tuzdan arındırma işlemi sırasında deniz suyundan uranyum ve lityum gibi değerli mineraller de çıkarılabilir. Bu sadece okyanus kaynaklarının tam olarak kullanımını artırmakla kalmaz, aynı zamanda enerji ile ilgili değerli minerallerin sürdürülebilir üretimine de katkıda bulunur. Bununla birlikte, mevcut tuzdan arındırma sistemleri verimlilik, seçicilik ve hedef çıkarma süreçleriyle entegrasyon açısından zorluklarla karşılaşmaktadır.

Bu araştırma makalesinde Hanxue Liang ve arkadaşları çığır açan bir çözüm sunmaktadır: akıllı DNA hidrojelleri kullanılarak eş zamanlı yüksek verimli deniz suyu tuzdan arındırma ve hedef ekstraksiyonu. Bu DNA hidrojelleri sadece suyun buharlaşmasını artırmakla kalmıyor, aynı zamanda belirli hedef maddeler için yüksek yakalama kapasiteleri de sergiliyor.

Güneş Enerjili Deniz Suyu Tuzdan Arındırma

Ters ozmoz gibi geleneksel deniz suyu tuzdan arındırma yöntemleri yüksek enerji tüketimi ile ilişkilidir. Buna karşılık, güneş enerjisiyle çalışan deniz suyu tuzdan arındırma, güneşten gelen enerjiyi kullanarak daha sürdürülebilir ve çevre dostu bir yaklaşımdır. Bu çalışmadaki araştırmacılar, DNA hidrojellerini kullanarak güneş enerjili tuzdan arındırma işleminin verimliliğini daha da artırmayı amaçlamıştır.

Su Buharlaşması için DNA Hidrojelleri

Hidrojeller, hidrofilik üç boyutlu çapraz bağlı polimer ağlarından oluşan yumuşak malzemelerdir. Ultra yüksek su buharlaştırma oranları da dahil olmak üzere benzersiz özellikleri nedeniyle çeşitli alanlarda büyük ilgi görmüşlerdir. Oldukça gözenekli 3D ağların işlevsel yapı taşlarıyla entegrasyonu, belirli tepki yeteneklerine sahip akıllı hidrojellerin oluşumunu sağlar.

Güneş enerjisiyle çalışan GDH tuzdan arındırma ve çıkarma platformu. Resim Kredisi Liang, H., Mu, Y., Yin, M., He, P., & Guo, W. (2023). Solar-powered simultaneous highly efficient seawater desalination and highly specific target extraction with smart DNA hydrogels. Science Advances, 9.

Bu çalışmada araştırmacılar, fonksiyonel DNA bağlı poliakrilamid (PAM) ağlarını kopolimerize ederek DNA hidrojellerini sentezlediler. Ayrıca güneş radyasyonu emilimini artırmak için hidrojel matrisine grafen oksit (GO) eklediler. Bu kombinasyon, saatte metrekare başına 3,54 kilogramlık kayda değer bir su buharlaşma oranıyla yüksek verimli su buharlaşmasıyla sonuçlandı.

DNA Hidrojelleri ile Hedef Ekstraksiyonu

DNA hidrojellerinin en önemli avantajlarından biri, belirli hedef maddeleri seçici olarak yakalama yetenekleridir. Bu araştırmada bilim insanları, deniz suyunda bulunan değerli bir mineral olan uranyumun çıkarılmasına odaklandı. Uranil spesifik DNAzim yapıları ile gömülü DNA hidrojelleri, uranyum için gram başına 5,7 miligram gibi yüksek bir yakalama kapasitesi sergilemiştir. Ayrıca hidrojeller, deniz suyunda bulunan bir başka element olan vanadyuma karşı 10,4 kat daha yüksek bir seçicilik göstermiştir.

DNA Hidrojellerinin Programlanabilirliği ve Geri Dönüştürülebilirliği

Araştırmacılar ayrıca DNA hidrojellerinin programlanabilir doğasını da vurguladılar. DNA birimlerini farklı dizilerle kodlayarak, lityum gibi diğer değerli kaynakların etkili bir şekilde çıkarılmasını sağlayabildiler. Bu programlanabilirlik, birden fazla hedef maddenin aynı anda ekstraksiyonu için fırsatlar sunuyor.

Ayrıca, DNA hidrojelleri basit bir termal tahrikli elüsyon yöntemi ile geri dönüştürülebilirlik göstermiştir. Bu özellik, performanslarından ödün vermeden birden çok kez yeniden kullanılabildikleri için hidrojellerin pratik uygulamasını geliştirmektedir.

“Akıllı” DNA Yapıları Deniz Suyu Arıtımında Nasıl Devrim Yaratabilir ve Okyanus Kaynaklarının Kilidini Açabilir Tatlı su elde edilirken deniz suyundan uranyumun çıkarılması.
(A) Deniz suyundaki su buharlaşma hızı ve enerji verimliliğinin 10 gün boyunca test edilmesi, evaporatörün uzun vadeli stabilitesini ve dayanıklılığını kanıtladı. (B) Doğal deniz suyundan uranyumun çıkarılması. (C) Doğal deniz suyundaki UO22+ konsantrasyonunun değişimi. (D) Bohai Denizi, Tianjin, Çin'deki test konumunda çalışan güneş enerjisiyle tuzdan arındırma sisteminin fotoğrafı. (E) Güneşli bir günde saat 10:00 ile 15:00 arasında kaydedilen güneş ışınımı ve su buharlaşma hızı. (F) Gerçek deniz suyunun tuzdan arındırılmasından önce ve sonra numunelerde ölçülen dört birincil iyonun konsantrasyonları, tuz iyonlarının etkili bir şekilde giderildiğini gösterdi. — Tatlı su elde edilirken deniz suyundan uranyumun çıkarılması. (A) Deniz suyundaki su buharlaşma hızı ve enerji verimliliğinin 10 gün boyunca test edilmesi, evaporatörün uzun vadeli stabilitesini ve dayanıklılığını kanıtladı. (B) Doğal deniz suyundan uranyumun çıkarılması. (C) Doğal deniz suyundaki UO22+ konsantrasyonunun değişimi. (D) Bohai Denizi, Tianjin, Çin’deki test konumunda çalışan güneş enerjisiyle tuzdan arındırma sisteminin fotoğrafı. (E) Güneşli bir günde saat 10:00 ile 15:00 arasında kaydedilen güneş ışınımı ve su buharlaşma hızı. (F) Gerçek deniz suyunun tuzdan arındırılmasından önce ve sonra numunelerde ölçülen dört birincil iyonun konsantrasyonları, tuz iyonlarının etkili bir şekilde giderildiğini gösterdi.

Gelecekteki Uygulamalar ve Genel Bakış

DNA hidrojelleri ile güneş enerjili eş zamanlı deniz suyu tuzdan arındırma ve hedef ekstraksiyonunun geliştirilmesi, tatlı su kıtlığını ele almak ve okyanus kaynaklarının kullanımını kolaylaştırmak için umut verici bir çözüm sunmaktadır. Sistemin yüksek verimliliği, seçiciliği ve programlanabilir yapısı, onu gelecekteki deniz suyu arıtımı için uygun bir seçenek haline getirmektedir. Bununla birlikte, teknolojiyi gerçek dünya uygulamaları için optimize etmek ve ölçeklendirmek için daha fazla araştırma ve geliştirmeye ihtiyaç vardır.

Sonuç olarak DNA hidrojelleri tatlı su arıtımında yardımcı olabilir!

DNA hidrojelleri kullanılarak güneş enerjisiyle çalışan eşzamanlı deniz suyu tuzdan arındırma ve hedef ekstraksiyonu, tatlı su kıtlığını ele almak ve okyanus kaynaklarının kullanımını en üst düzeye çıkarmak için umut verici bir çözüm sunmaktadır. DNA hidrojellerinin dikkate değer verimliliği, seçiciliği ve programlanabilirliği, onları gelecekteki deniz suyu arıtımı için uygun bir seçenek haline getirmektedir. Daha fazla ilerlemeyle birlikte bu teknoloji, sürdürülebilir su ve kaynak yönetimi alanında devrim yaratma potansiyeline sahiptir.