游泳微引擎改善了有机污染物的主动降解

用于废水处理的微管：约500微米长的管由外铁层和内铂层组成。 kroröhrchenfür在铁层上，过氧化氢被添加到水中，将有机污染物降解为二氧化碳和水。在内部铂层上，过氧化氢降解为氧气和水。因此，微管变成了推进的微射流：从微管流出的氧气气泡将其推向一个方向。游泳用微清洁器清洁水的速度比铁微管快12倍。智能系统的MPI

通过使用游泳微引擎，马克斯·普朗克研究所的研究人员开发了一种新的主​​动降解有机污染物的方法，该方法比使用固定式铁微管高十二倍。

斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所的研究人员已经开发出一种新的方法，可以使用游泳微引擎主动降解溶液中的有机污染物。移动式微型清洁器由外部铁层和内部铂层组成，从而结合了两种功能。必须添加到受污染溶液中的过氧化氢用作铂微型电动机的燃料，并用作降解铁层上有机污染物的试剂。成功清洁受污染废水的方法并不多。Fenton反应是用于降解有机污染物的最流行的高级氧化方法之一，它依赖于存在过氧化氢的铁微电机表面的自发酸性腐蚀。科学家们报告说，这些自走式微喷射器的聚集所实现的有机污染物的氧化比使用固定式铁微管时高十二倍。

常见的水处理方法无法有效去除大多数类型的有机污染物。不能使用作为常规水处理程序一部分的氯化物，臭氧或絮凝方法去除矿物油，农药，有机溶剂，油漆和有机氯化物。另一方面，芬顿反应在去除这些污染物方面非常有效。“芬顿反应”一词是指使用铁和过氧化氢的组合来氧化有机污染物，从而将其降解为二氧化碳和水。多阶段反应由Fe（II）离子催化。马克斯·普朗克智能系统研究所的塞缪尔·桑切斯小组现在结合了两个方面的优点，并创建了这种微观清洁系统的两层，自推式版本。他们的微型喷气机有一个内部的铂微电机，该电机由过氧化氢提供燃料，并具有一个外部清洁层，其中过氧化氢在铁的存在下与有机污染物发生反应。当外管表面上的铁与水接触时，会形成作为Fenton反应催化剂所需的Fe（II）离子。

为了生产他们的移动清洁系统，研究人员使用了一种仅数年前开发的用于卷起金属薄膜的方法。他们将100-200纳米的铁薄层蒸发到玻璃表面上，该玻璃表面上涂有密集排列的漆面正方形。第二步，研究人员使用特殊的溅射技术添加了仅一个纳米厚度的铂层。由于金属的不同机械性能，一旦去除了漆层，双层就开始卷成管状。斯图加特马克斯·普朗克研究小组的负责人塞缪尔·桑切斯说：“这项技术使我们能够生产大量的多功能管。”

氧气气泡将微管变成喷气发动机

铂层起着发动机的作用，因为与铁非常相似，铂层催化与氧化剂过氧化氢的化学反应。该研究小组的科学家路易斯·索勒（Luis Soler）解释说：“过氧化氢充当了我们微型潜水艇的燃料。”当过氧化氢与铂反应时，铂充当将过氧化氢分解成水和氧气的催化剂，从而形成小气泡。随着越来越多的气泡产生，它们从管中逸出。最初，不同数量的氧气从管子的两侧逸出，管子被随机喷射推进。但是，一旦管子达到一定速度，所有气泡就会逸出到一侧，并且将管子推向与逸出的气泡相反的方向，从而将更多的燃料送入前端。

当科学家们正在思考一个完全不同的问题时，用铁层包裹铂微发动机的最初想法就付诸实践了。未来微型和纳米电机技术潜力的典型构想包括将药剂快速输送到特定的目标区域，例如肿瘤细胞。到达后，它们会像纳米管一样钻穿细胞膜，然后将活性剂直接注入靶细胞。但是，实现这一目标仍然有一个很大的障碍：过氧化氢与为这些电机开发的所有其他燃料一样，会损害生物体。这就是提出新应用想法的地方：科学家们决定在过氧化氢的使用不是不利的地方，而是充当辅助试剂的重要功能的地方使用他们的微型电动机。

一种针对涂料残留物和农药的新颖疗法

由于铁层也具有磁性，因此可以将管导向难以到达的污染物，并在完成工作后将其回收。而且，多余的过氧化氢不会影响后续的水处理，因为它会被阳光稳定地（但缓慢地）降解为水和氧气。

塞缪尔·桑切斯（SamuelSánchez）解释了该小组的动机：“我们希望制造一种具有有意义应用的微型电动机。”然后他指出：“最大的限制是，到目前为止，这种类型的水修复只能在很小的范围内进行。因此，工业应用之路仍然漫长而曲折。”但是，这项新技术为在环境应用中使用多功能微型电动机铺平了道路。路易斯·索勒（Luis Soler）补充说：“我完全可以预见，这些微电机有一天将成功地用于清洁纺织工业中的涂料残留物和农业农药中的水。”

出版物：LluísSoler等人，“用于清洁污水的自行式微型电动机”，ACS Nano，2013年，第7（11）页，第9611–9620页； DOI：10.1021 / nn405075d

图像：智能系统的MPI