Vedensuodatin Poistaa myrkylliset metallit hiilellä ja heralla

Uusi vesisuodatin voi poistaa myrkyllisiä raskasmetalli-ioneja ja radioaktiivisia aineita vain yhdellä kierroksella.

Suodatinkalvo on kahden edullisen materiaalin: heraproteiinikuitujen ja aktiivihiilen hybridi. Yksinkertaisella tekniikalla voitetaan useita olemassa olevien menetelmien haittoja, jotka ovat tyypillisesti kalliita ja jotka voivat poistaa vain tietyn elementin tai joilla on hyvin pieni suodatinkapasiteetti.

”Hanke on yksi tärkeimmistä asioista, joita olen ehkä koskaan tehnyt”, sanoo Raffaele Mezzenga, elintarvike- ja pehmeiden materiaalien professori ETH Zürichissä. Hän ja kollegansa Sreenath Bolisetty kuvaavat lehden teknologiaa Luonnon nanoteknologia.

Suodatusjärjestelmän ytimessä on uuden tyyppinen hybridikalvo, joka koostuu aktiivihiilestä ja kovista, jäykistä heraproteiinikuiduista. Nämä kaksi komponenttia ovat edullisia ja yksinkertaisia.

Heraproteiinit denaturoidaan, mikä saa ne venymään ja lopulta kokoontuvat amyloidifibrillien muodossa. Nämä kuidut levitetään yhdessä aktiivihiilen kanssa sopivaan substraattimateriaaliin, kuten selluloosasuodatinpaperiin. Hiilipitoisuus on 98-prosenttiyksikköä, ja proteiinin muodostama pelkkä 2-prosentti.


sisäinen tilausgrafiikka


Palauttaa arvokasta kultaa

Tämä hybridikalvo absorboi erilaisia ​​raskasmetalleja ei-spesifisellä tavalla, mukaan lukien teollisesti merkitykselliset elementit, kuten lyijy, elohopea, kulta ja palladium. Se kuitenkin imee myös radioaktiivisia aineita, kuten uraania tai fosforia-32ia, jotka ovat merkityksellisiä ydinjätteissä tai tietyissä syöpähoidoissa.

Kalvo eliminoi myös erittäin myrkylliset metalliset syanidit vedestä. Tähän luokkaan kuuluvat kullan syanidi, jota käytetään yleisesti elektroniikkateollisuudessa johdinkiskojen tuottamiseksi piirilevyillä.

Kalvo tarjoaa yksinkertaisen keinon suodattaa ja palauttaa kulta, joten suodatinjärjestelmä voisi jonain päivänä olla tärkeä rooli myös kullan kierrätyksessä.

”Palautetun kullan tuottama voitto on enemmän kuin 200 kertaa hybridikalvon kustannukset”, Mezzenga sanoo.

Kuinka se toimii

Suodatusprosessi on erittäin yksinkertainen: Saastunut vesi vedetään kalvon läpi tyhjiössä.

”Riittävästi vahva tyhjiö voitaisiin valmistaa yksinkertaisella käsipumpulla”, Mezzenga sanoo, ”mikä mahdollistaisi järjestelmän käytön ilman sähköä.”

Järjestelmä on lähes äärettömän skaalautuva, mikä tekee siitä kustannustehokkaan suurten määrien veden keräämiseksi.

Koska myrkylliset aineet vedetään suodattimen läpi, ne "tarttuvat" ensisijaisesti proteiinikuituihin, joissa on lukuisia sitomispaikkoja, joissa yksittäiset metalli-ionit voivat telakoitua. Aktiivihiilen suuri pinta-ala voi kuitenkin myös absorboida suuria määriä toksiineja, mikä viivästyttää kalvojen kyllästymistä.

Lisäksi proteiinikuidut antavat mekaanisen lujuuden kalvolle ja korkeissa lämpötiloissa mahdollistavat loukkuun jääneiden ionien kemiallisen muuttamisen arvokkaiksi metallisiksi nanohiukkasiksi.

Erittäin suuri kapasiteetti

Mezzenga on innostunut hybridikalvon suodatinkapasiteetista. Esimerkiksi elohopeakloridilla tehdyissä testeissä suodoksessa oleva elohopeapitoisuus laski yli 99.5-prosentilla.

Tehokkuus oli vieläkin suurempi myrkyllisen kaliumkullan syanidiyhdisteen kanssa, jossa 99.98-prosenttiosuus yhdisteestä oli sitoutunut kalvoon tai lyijysuoloihin, joissa tehokkuus oli suurempi kuin 99.97-prosentti. Radioaktiivisen uraanin kanssa 99.4-prosenttiosuus alkuperäisestä pitoisuudesta sidottiin suodatuksen aikana.

”Saavutimme nämä korkeat arvot vain yhdellä passilla”, Bolisetty sanoo.

Hybridikalvo suodattaa myrkylliset aineet jopa usean kulkuaikana suurella luotettavuudella. Vaikka elohopeapitoisuus suodoksessa kasvoi 10: n kertoimella 0.4 ppm: stä (miljoonasosaa kohti) 4.2 ppm: ään 10-läpimenon jälkeen, käytetyn proteiinin määrä oli erittäin alhainen.

Puolen litran saastuneen veden suodattamiseksi tutkijat käyttivät kalvoa, jonka paino oli vain kymmenes gramma, josta 10 painoprosenttia koostui proteiinikuiduista.

”Yksi kilo heraproteiinia riittäisi puhdistamaan 90,000-litraa vettä”, sanoo Mezzenga.

Tämä viittaa siihen, että tehokkuutta voidaan lisätä lisäämällä proteiinipitoisuutta kalvoon, hän lisää, korostaen tämän uuden lähestymistavan joustavuutta.

Teknologiaa patentoinut Mezzenga on vakuuttunut siitä, että suodatin löytää tiensä markkinoille.

”Siihen on lukuisia sovelluksia, ja vesi on yksi tämänhetkisimmistä ongelmista,” hän lisää.

Lähde: ETH Zurich

Aiheeseen liittyvä kirja:

at InnerSelf Market ja Amazon