Waterfilter verwijdert giftige metalen met houtskool en wei

Een nieuw waterfilter kan giftige zware metaalionen en radioactieve stoffen in één keer verwijderen.

Het filtermembraan is een hybride van twee goedkope materialen: wei-eiwitvezels en actieve kool. De eenvoudige technologie overwint verschillende nadelen van bestaande methoden, die doorgaans duur zijn en alleen een specifiek element kunnen verwijderen of een zeer kleine filtercapaciteit hebben.

"Het project is een van de belangrijkste dingen die ik ooit heb gedaan", zegt Raffaele Mezzenga, professor voedsel en zachte materialen aan de ETH Zürich. Hij en collega Sreenath Bolisetty beschrijven de technologie in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie.

De kern van het filtersysteem is een nieuw type hybride membraan dat bestaat uit actieve kool en taaie, stijve wei-eiwitvezels. De twee componenten zijn goedkoop en eenvoudig te produceren.

De wei-eiwitten worden gedenatureerd, waardoor ze uitrekken en uiteindelijk samenkomen in de vorm van amyloïde fibrillen. Deze vezels worden samen met actieve kool aangebracht op een geschikt substraatmateriaal, zoals een cellulosefilterpapier. Het koolstofgehalte is 98 procent, waarvan slechts 2 procent bestaat uit het eiwit.


innerlijk abonneren grafisch


Herstelt waardevol goud

Dit hybride membraan absorbeert verschillende zware metalen op een niet-specifieke manier, waaronder industrieel relevante elementen, zoals lood, kwik, goud en palladium. Het absorbeert echter ook radioactieve stoffen, zoals uranium of fosfor-32, die relevant zijn in respectievelijk nucleair afval of bepaalde kankertherapieën.

Het membraan elimineert ook zeer giftige metaalcyaniden uit het water. Deze materiaalklasse omvat goudcyanide, dat veel wordt gebruikt in de elektronica-industrie om geleidersporen op printplaten te produceren.

Het membraan biedt een eenvoudige manier om het goud eruit te filteren en terug te winnen, dus het filtersysteem zou op een dag ook een belangrijke rol kunnen spelen bij het recyclen van goud.

"De winst die wordt gegenereerd door het teruggewonnen goud is meer dan 200 keer de kosten van het hybride membraan", zegt Mezzenga.

Hoe het werkt

Het filtratieproces is uiterst eenvoudig: verontreinigd water wordt door vacuüm door het membraan gezogen.

"Met een simpele handpomp zou een voldoende sterk vacuüm kunnen worden geproduceerd", zegt Mezzenga, "waardoor het systeem zonder elektriciteit zou kunnen werken."

Het systeem is bijna oneindig schaalbaar, waardoor het kostenbesparend is om grote hoeveelheden water te filteren.

Wanneer giftige stoffen door het filter worden gezogen, "plakken" ze voornamelijk aan de eiwitvezels, die talloze bindingsplaatsen hebben waar individuele metaalionen kunnen aanmeren. Het grote oppervlak van de actieve kool kan echter ook grote hoeveelheden gifstoffen opnemen, wat de verzadiging van de membranen vertraagt.

Bovendien verlenen de eiwitvezels mechanische sterkte aan het membraan en bij hoge temperaturen kunnen de gevangen ionen chemisch worden omgezet in waardevolle metallische nanodeeltjes.

Zeer hoge capaciteit

Mezzenga is enthousiast over de filtercapaciteit van het hybride membraan. Bij proeven met bijvoorbeeld kwikchloride daalde de in het filtraat aanwezige kwikconcentratie met meer dan 99.5 procent.

De efficiëntie was nog hoger met een giftige kaliumgoudcyanideverbinding, waarbij 99.98 procent van de verbinding aan het membraan was gebonden, of met loodzouten, waar de efficiëntie groter was dan 99.97 procent. En bij radioactief uranium werd tijdens filtratie 99.4 procent van de oorspronkelijke concentratie gebonden.

"We hebben deze hoge waarden in slechts één keer bereikt", zegt Bolisetty.

Zelfs over meerdere passages filtert het hybride membraan giftige stoffen met een hoge mate van betrouwbaarheid. Hoewel de kwikconcentratie in het filtraat met een factor 10 toenam van 0.4 ppm (parts per million) tot 4.2 ppm na 10 passages, was de gebruikte hoeveelheid eiwit extreem laag.

Om een ​​halve liter verontreinigd water te filteren, gebruikten de onderzoekers een membraan van slechts een tiende gram, waarvan 10 gewichtsprocent bestond uit eiwitvezels.

“Eén kilo wei-eiwit zou genoeg zijn om 90,000 liter water te zuiveren”, zegt Mezzenga.

Dit suggereert dat de efficiëntie kan worden verhoogd door meer eiwit in het membraan toe te voegen, voegt hij eraan toe, waarmee hij de flexibiliteit van deze nieuwe aanpak benadrukt.

Mezzenga, die de technologie heeft gepatenteerd, heeft er alle vertrouwen in dat het filter zijn weg naar de markt zal vinden.

"Er zijn tal van toepassingen voor en water is een van de meest urgente problemen waarmee we vandaag worden geconfronteerd", voegt hij eraan toe.

Bron: ETH Zurich

Verwante Boek:

at InnerSelf Market en Amazon