Su içindeki ilaçları etkili şekilde tutmak için düşük oranlı modifiye TiO2 nanoparçacıkları içeren PMMA/pPFPA membranı

İlaçla kirlenmiş suyu temizlemenin önemi

Ağrı kesiciler ve kalp ilaçları gibi günlük kullanılan ilaçların izleri artık nehirlerde, göllerde ve hatta içme suyunda düzenli olarak tespit ediliyor. Geleneksel atıksu arıtma tesisleri bu küçük molekülleri yakalayacak şekilde tasarlanmadı; bu yüzden çoğu suyu geçip musluklarımıza geri dönüyor. Bu çalışma, sudan ilaçları süzmekle kalmayıp ultraviyole (UV) ışık altında onları zararsız maddelere parçalamaya da yardımcı olan yeni bir tür plastik filtre (membran) araştırıyor.

İnatçı kirleticiler için daha akıllı bir filtre

Araştırmacılar, tek bir malzemede üç yararlı işlevi birleştiren bir membran geliştirmeyi amaçladı: suyun geçmesine izin verme, ilaç moleküllerini yüzeyde tutma ve ışık kullanarak bunları parçalama. Ana yapıyı oluşturmak için iki polimer, PMMA ve pPFPA karıştırıldı ve az miktarda özel olarak modifiye edilmiş titanyum dioksit (TiO2) nanoparçacıkları eklendi. Titanyum dioksit ışıkla aktive olan bir temizleyici olarak iyi bilinir, ancak genellikle kümelenir veya filtrelerden yıkanarak çıkar. Burada parçacıklar, polimere güçlü kimyasal bağlar oluşturabilecek şekilde kaplandı; bu da onların yerinde kalmasına ve zaman içinde verimli çalışmasına yardımcı oluyor.

Membranın iç mimarisini ayarlamak

Suyun ve kirleticilerin malzeme içinde nasıl hareket ettiğini incelemek için ekip iki versiyon membran yaptı. Birinci (M1) sadece temel polimer karışımı ve TiO2 içeriyordu. İkinci (M2) ise üretim sırasında gözenek oluşturan ajanlar olarak görev yapan iki su-sever katkı, PEG ve PVP, içeriyordu. Mikroskopi görüntüleri M1’in göreceli olarak büyük, açık gözeneklere sahip olduğunu, M2’nin ise neredeyse bir mertebe daha küçük ve çok daha düzenli gözeneklere sahip, daha yoğun süngerimsi bir yapı geliştirdiğini gösterdi. Ölçümler ortalama gözenek çapının yaklaşık %85 küçüldüğünü ve yüzeyin daha suyutan (hidrofilik) hale geldiğini, böylece suyun membranı ıslatmasının ve içinden akmasının kolaylaştığını ortaya koydu.

Yeni membranın suda nasıl davrandığı

Ekip, her iki membranın da yüzey yükünü ve ıslatma davranışını dikkatle ölçtü; çünkü bu özellikler ilaçların malzemeyle nasıl etkileşeceğini kontrol ediyor. Yaygın su pH değerlerinde her iki membran da negatif yük taşıdı; bu, negatif yüklü ilaç moleküllerini itme eğiliminde olup kalıcı kirlenmeyi azaltır. PEG ve PVP sayesinde M2 membranı biraz daha az negatifti ama daha hidrofilikti, suyu daha kolay kabul ediyordu. Gaz adsorpsiyon testleri, görünür yapının altında M2’nin M1’den daha yüksek yüzey alanına sahip, nanometre ölçeğinde ince bir gözenek ağı içerdiğini gösterdi. Bu küçük, iyi bağlı gözenekler ve su-sever kimyanın birleşimi M2’ye su geçirgenliği ile kirleticilerin tutulacağı bol yüzey alanı arasında iyi bir denge kazandırdı.

Membranı teste sokmak

Araştırmacılar daha sonra M2 membranını diklofenak (bir ağrı kesici), ibuprofen ve metoprolol (bir kalp ilacı) olmak üzere üç yaygın ilacın karışımıyla zorladı. Gerçek filtrasyona benzer akışlı bir düzenekte membran, gözeneklerden basitçe geçiş yoluyla her ilacın üçte birinden daha azını giderdi; bu, moleküllerin gözenek açıklıklarına kıyasla küçük olmasıyla ilişkilendirildi. Ancak membran hâlâ sudayken, bazı ilaçların yüzde 70’e varan kısmı yüzeye adsorbe oldu. Asıl atılım UV ışığı açıldığında gerçekleşti. Bağlı TiO2 nanoparçacıkları, ilaç moleküllerine saldıran yüksek reaktiviteye sahip radikaller üretti; bu radikaller halkaları kırıp sonunda karbon dioksit ve su gibi daha küçük, daha az zararlı maddelere dönüştürdü.

Işıkla içten dışa temizlik

Fotokataliz testleri sırasında membran, UV aydınlatması altında yaklaşık iki saat içinde üç ilacın tamamının giderilmesini sağladı; bu, önceki çalışmalarda bildirilen benzer filtreleri büyük ölçüde geride bırakıyor. Önemli olarak, membrandan ayrılan titanyum dioksitin çok küçük bir kısmı—%0,05’in altında—tespit edildi; bu da kimyasal bağlama stratejisinin nanoparçacıkları etkili şekilde sabitlediğini gösteriyor. Deneyler ayrıca basit eleme, yüzey adsorpsiyonu ve ışıkla parçalanmanın katkılarını ayırdı ve bu tasarımda kirletici gideriminde esas görevi adsorpsiyon ve fotokatalizin, yalnızca boyuta dayalı reddin değil, üstlendiğini gösterdi.

Gelecekteki içme suyu için anlamı

Genel olarak çalışma, çok düşük miktarda katalizörle bile fiziksel tutma ve yüzeyde yok etme kombinasyonuyla ilaç kirliliğini işleyebilen sağlam, ışıkla aktive edilen bir membran sunuyor. Bir kullanıcı gözüyle bu, sadece kirleticileri tutan filtrelerin ötesine geçip onları gerçekten yok etmeye yardım eden malzemelere doğru bir adımı temsil ediyor. Ölçeklenip uygun UV kaynaklarıyla eşleştirildiğinde, bu tür membranlar musluklarımıza ulaşmadan önce kalan ilaçları sessizce temizleyen kompakt su arıtma adımları sağlayarak daha temiz ve daha güvenli içme suyu için umut verici bir araç olabilir.

Atıf: Pasichnyk, M., Schmitt, C., Plank, M. et al. PMMA/pPFPA membrane with low content of modified TiO₂ nanoparticles for effective retention of pharmaceuticals from water. Sci Rep 16, 10506 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45387-3

Anahtar kelimeler: suda ilaç kalıntıları, fotokatalitik membranlar, titanyum dioksit nanoparçacıkları, ileri su arıtma, polimer nanokompozitler