Ένα νέο φίλτρο νερού μπορεί να απομακρύνει τοξικά ιόντα βαρέων μετάλλων και ραδιενεργές ουσίες σε ένα μόνο πέρασμα.
Η μεμβράνη φίλτρου είναι ένα υβρίδιο δύο υλικών χαμηλού κόστους: ίνες πρωτεΐνης ορού γάλακτος και ενεργός άνθρακας. Η απλή τεχνολογία ξεπερνά αρκετά μειονεκτήματα των υπαρχουσών μεθόδων, οι οποίες είναι συνήθως ακριβές και μπορούν να αφαιρέσουν μόνο ένα συγκεκριμένο στοιχείο ή έχουν πολύ μικρή χωρητικότητα φίλτρου.
«Το έργο είναι ένα από τα πιο σημαντικά πράγματα που μπορεί να είχα κάνει ποτέ», λέει ο Raffaele Mezzenga, καθηγητής τροφίμων και μαλακών υλικών στο ETH Zurich. Αυτός και ο συνάδελφός του Sreenath Bolisetty περιγράφουν την τεχνολογία στο περιοδικό Φύση Νανοτεχνολογία.
Στην καρδιά του συστήματος φιλτραρίσματος βρίσκεται ένας νέος τύπος υβριδικής μεμβράνης που αποτελείται από ενεργό άνθρακα και σκληρές, άκαμπτες ίνες πρωτεΐνης ορού γάλακτος. Τα δύο εξαρτήματα είναι φθηνά και απλά στην παραγωγή.
Οι πρωτεΐνες ορού γάλακτος μετουσιώνονται, γεγονός που τις προκαλεί να τεντωθούν και τελικά ενώνονται με τη μορφή αμυλοειδών ινιδίων. Μαζί με τον ενεργό άνθρακα, αυτές οι ίνες εφαρμόζονται σε κατάλληλο υλικό υποστρώματος, όπως ένα διηθητικό χαρτί κυτταρίνης. Η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι 98 τοις εκατό, με μόλις 2 τοις εκατό να αποτελείται από την πρωτεΐνη.
Ανακτά πολύτιμο χρυσό
Αυτή η υβριδική μεμβράνη απορροφά διάφορα βαρέα μέταλλα με μη ειδικό τρόπο, συμπεριλαμβανομένων στοιχείων που σχετίζονται με τη βιομηχανία, όπως ο μόλυβδος, ο υδράργυρος, ο χρυσός και το παλλάδιο. Ωστόσο, απορροφά επίσης ραδιενεργές ουσίες, όπως το ουράνιο ή ο φώσφορος-32, που σχετίζονται με τα πυρηνικά απόβλητα ή ορισμένες θεραπείες για τον καρκίνο, αντίστοιχα.
Η μεμβράνη εξαλείφει επίσης τα εξαιρετικά τοξικά κυανίδια μετάλλων από το νερό. Αυτή η κατηγορία υλικών περιλαμβάνει κυανιούχο χρυσό, το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία ηλεκτρονικών για την παραγωγή γραμμών αγωγών σε πλακέτες κυκλωμάτων.
Η μεμβράνη παρέχει έναν απλό τρόπο φιλτραρίσματος και ανάκτησης του χρυσού, επομένως το σύστημα φίλτρου θα μπορούσε κάποια μέρα να παίξει σημαντικό ρόλο και στην ανακύκλωση χρυσού.
«Το κέρδος που δημιουργείται από τον ανακτηθέν χρυσό είναι περισσότερο από 200 φορές το κόστος της υβριδικής μεμβράνης», λέει ο Mezzenga.
Πώς λειτουργεί
Η διαδικασία φιλτραρίσματος είναι εξαιρετικά απλή: Μολυσμένο νερό αναρροφάται μέσω της μεμβράνης με κενό.
«Ένα αρκετά ισχυρό κενό θα μπορούσε να παραχθεί με μια απλή χειροκίνητη αντλία», λέει ο Mezzenga, «η οποία θα επέτρεπε στο σύστημα να λειτουργεί χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα».
Το σύστημα είναι σχεδόν απείρως επεκτάσιμο, γεγονός που καθιστά οικονομικά αποδοτικό το φιλάρισμα μεγάλων όγκων νερού.
Καθώς οι τοξικές ουσίες έλκονται μέσω του φίλτρου, «κολλάνε» κυρίως στις πρωτεϊνικές ίνες, οι οποίες έχουν πολυάριθμες θέσεις δέσμευσης όπου μπορούν να προσκολληθούν μεμονωμένα μεταλλικά ιόντα. Ωστόσο, η μεγάλη επιφάνεια του ενεργού άνθρακα μπορεί επίσης να απορροφήσει μεγάλες ποσότητες τοξινών, γεγονός που καθυστερεί τον κορεσμό των μεμβρανών.
Επιπλέον, οι πρωτεϊνικές ίνες προσδίδουν μηχανική αντοχή στη μεμβράνη και σε υψηλές θερμοκρασίες επιτρέπουν στα παγιδευμένα ιόντα να μετατρέπονται χημικά σε πολύτιμα μεταλλικά νανοσωματίδια.
Πολύ υψηλή χωρητικότητα
Η Mezzenga είναι ενθουσιώδης με την ικανότητα φίλτρου της υβριδικής μεμβράνης. Σε δοκιμές με χλωριούχο υδράργυρο, για παράδειγμα, η συγκέντρωση υδραργύρου που υπάρχει στο διήθημα μειώθηκε κατά περισσότερο από 99.5 τοις εκατό.
Η αποτελεσματικότητα ήταν ακόμη υψηλότερη με μια τοξική ένωση κυανιούχου καλίου χρυσού, όπου το 99.98 τοις εκατό της ένωσης ήταν συνδεδεμένο με τη μεμβράνη ή με άλατα μολύβδου, όπου η απόδοση ήταν μεγαλύτερη από 99.97 τοις εκατό. Και με το ραδιενεργό ουράνιο, το 99.4 τοις εκατό της αρχικής συγκέντρωσης δεσμεύτηκε κατά τη διάρκεια της διήθησης.
«Πετύχαμε αυτές τις υψηλές αξίες σε ένα μόνο πέρασμα», λέει ο Bolisetty.
Ακόμη και σε πολλαπλά περάσματα, η υβριδική μεμβράνη φιλτράρει τις τοξικές ουσίες με υψηλό βαθμό αξιοπιστίας. Αν και η συγκέντρωση υδραργύρου στο διήθημα αυξήθηκε κατά 10 από 0.4 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο) σε 4.2 ppm μετά από 10 περάσματα, η ποσότητα της πρωτεΐνης που χρησιμοποιήθηκε ήταν εξαιρετικά χαμηλή.
Για να φιλτράρουν μισό λίτρο μολυσμένου νερού, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μεμβράνη βάρους μόλις 10 του γραμμαρίου, από την οποία το 7 τοις εκατό κατά βάρος αποτελούνταν από πρωτεϊνικές ίνες.
«Ένα κιλό πρωτεΐνης ορού γάλακτος θα ήταν αρκετό για να καθαρίσει 90,000 λίτρα νερού», λέει ο Mezzenga.
Αυτό υποδηλώνει ότι η αποτελεσματικότητα μπορεί να αυξηθεί προσθέτοντας περισσότερη περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στη μεμβράνη, προσθέτει, τονίζοντας την ευελιξία αυτής της νέας προσέγγισης.
Ο Mezzenga, ο οποίος έχει κατοχυρώσει την τεχνολογία, είναι βέβαιος ότι το φίλτρο θα βρει το δρόμο του στην αγορά.
«Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αυτό και το νερό είναι ένα από τα πιο πιεστικά προβλήματα που αντιμετωπίζουμε σήμερα», προσθέτει.
πηγή: ETH Zurich
Σχετικό βιβλίο:
at InnerSelf Market και Amazon
