Nowy filtr do wody może usunąć toksyczne jony metali ciężkich i substancje radioaktywne w jednym przejściu.

Membrana filtracyjna to hybryda dwóch tanich materiałów: włókien białka serwatki i węgla aktywnego. Prosta technologia eliminuje kilka wad istniejących metod, które są zazwyczaj drogie i mogą usuwać tylko określony element lub mają bardzo małą pojemność filtra.

„Projekt jest jedną z najważniejszych rzeczy, jakie mogłem kiedykolwiek zrobić”, mówi Raffaele Mezzenga, profesor żywności i materiałów miękkich w ETH Zurich. On i jego kolega Sreenath Bolisetti opisują tę technologię w czasopiśmie Natura Nanotechnologia.

Sercem systemu filtracji jest nowy typ membrany hybrydowej składającej się z węgla aktywowanego i twardych, sztywnych włókien białka serwatki. Te dwa komponenty są niedrogie i proste w produkcji.

Białka serwatkowe ulegają denaturacji, co powoduje ich rozciąganie i ostatecznie sklejają się w postaci włókienek amyloidowych. Razem z węglem aktywnym włókna te są nakładane na odpowiedni materiał podłoża, taki jak celulozowa bibuła filtracyjna. Zawartość węgla wynosi 98 procent, a tylko 2 procent składa się z białka.

Odzyskuje cenne złoto

Ta hybrydowa membrana absorbuje różne metale ciężkie w niespecyficzny sposób, w tym pierwiastki istotne dla przemysłu, takie jak ołów, rtęć, złoto i pallad. Jednak pochłania również substancje radioaktywne, takie jak uran lub fosfor-32, które są istotne odpowiednio w odpadach jądrowych lub niektórych terapiach przeciwnowotworowych.

Membrana eliminuje również z wody wysoce toksyczne cyjanki metali. Ta klasa materiałów obejmuje cyjanek złota, który jest powszechnie używany w przemyśle elektronicznym do wytwarzania ścieżek przewodzących na płytkach drukowanych.

Membrana zapewnia prosty sposób odfiltrowania i odzyskania złota, dzięki czemu system filtrów może pewnego dnia odegrać ważną rolę również w recyklingu złota.

„Zysk generowany przez odzyskane złoto jest ponad 200 razy wyższy od kosztu membrany hybrydowej”, mówi Mezzenga.

Jak to działa?

Proces filtracji jest niezwykle prosty: Zanieczyszczona woda jest zasysana przez membranę podciśnieniem.

„Wystarczająco silną próżnię można by wytworzyć za pomocą prostej ręcznej pompy”, mówi Mezzenga, „co pozwoliłoby na pracę systemu bez elektryczności”.

System jest niemal nieskończenie skalowalny, dzięki czemu filtrowanie dużych ilości wody jest opłacalne.

Ponieważ substancje toksyczne są wciągane przez filtr, „przyklejają się” przede wszystkim do włókien białkowych, które mają liczne miejsca wiązania, w których mogą dokować poszczególne jony metali. Jednak duża powierzchnia aktywowanego węgla drzewnego może również absorbować duże ilości toksyn, co opóźnia nasycenie błon.

Ponadto włókna białkowe nadają membranie wytrzymałość mechaniczną, a w wysokich temperaturach umożliwiają chemiczną konwersję uwięzionych jonów w cenne nanocząstki metaliczne.

Bardzo duża pojemność

Mezzenga jest entuzjastycznie nastawiony do wydajności filtrowania membran hybrydowych. Na przykład w testach z chlorkiem rtęci stężenie rtęci w przesączu spadło o ponad 99.5%.

Wydajność była jeszcze wyższa w przypadku toksycznego związku cyjanku potasowo-złotego, w którym 99.98% związku było związane z membraną, lub w przypadku soli ołowiu, gdzie wydajność była większa niż 99.97%. A w przypadku radioaktywnego uranu 99.4 procent pierwotnego stężenia wiązało się podczas filtracji.

„Tak wysokie wartości osiągnęliśmy w jednym przejściu”, mówi Bolisetty.

Nawet przy wielu przejściach membrana hybrydowa odfiltrowuje toksyczne substancje z wysokim stopniem niezawodności. Chociaż stężenie rtęci w przesączu wzrosło dziesięciokrotnie z 10 ppm (części na milion) do 0.4 ppm po 4.2 przejściach, ilość użytego białka była wyjątkowo niska.

Aby przefiltrować pół litra zanieczyszczonej wody, naukowcy wykorzystali membranę ważącą zaledwie 10 grama, z której 7% masy składało się z włókien białkowych.

„Jeden kilogram białka serwatkowego wystarczyłby do oczyszczenia 90,000 XNUMX litrów wody”, mówi Mezzenga.

Sugeruje to, że wydajność można zwiększyć poprzez dodanie większej zawartości białka w błonie, dodaje, podkreślając elastyczność tego nowego podejścia.

Mezzenga, który opatentował tę technologię, jest przekonany, że filtr trafi na rynek.

„Istnieje wiele zastosowań, a woda jest jednym z najbardziej palących problemów, z jakimi mamy dziś do czynienia” – dodaje.

Źródło: ETH Zurich

Powiązana książka:

at Rynek wewnętrzny i Amazon