Ingeniører udvikler teknologi til at trække specifikke forurenende stoffer fra drikke- og spildevand, rørledninger

Rice University-forskere udvikler teknologi til at fjerne forurenende stoffer fra vand - men kun så mange som nødvendigt.

Rice lab af ingeniør Qilin Li bygger et behandlingssystem, der kan indstilles til selektivt at trække toksiner fra drikkevand og spildevand fra fabrikker, kloaksystemer og olie- og gasbrønde. Forskerne sagde, at deres teknologi vil reducere omkostningerne og spare energi sammenlignet med konventionelle systemer.

"Traditionelle metoder til at fjerne alt, såsom omvendt osmose, er dyre og energikrævende, " sagde Li, ledende videnskabsmand og medforfatter til en undersøgelse om den nye teknologi i tidsskriftet American Chemical Society Miljøvidenskab og -teknologi . "Hvis vi finder ud af en måde at bare fiske disse mindre komponenter ud, vi kan spare en masse energi."

Hjertet i Rice's system er et sæt nye kompositelektroder, der muliggør kapacitiv deionisering. Den sigtede, porøse elektroder trækker selektivt målioner fra væsker, der passerer gennem det labyrintlignende system. Når porerne bliver fyldt med toksiner, elektroderne kan rengøres, genoprettet til deres oprindelige kapacitet og genbrugt.

"Dette er en del af et bredt forskningsområde for at finde ud af måder at selektivt fjerne ioniske kontaminanter, " sagde Li, en professor i civil- og miljøteknik og i materialevidenskab og nanoteknik. "Der er mange ioner i vand. Ikke alt er giftigt. F.eks. natriumchlorid (salt) er perfekt godartet. Vi behøver ikke at fjerne det, medmindre koncentrationen bliver for høj.

"For mange applikationer, vi kan efterlade ikke-farlige ioner, men der er visse ioner, som vi skal fjerne, sagde hun. "F.eks. i nogle drikkevandsboringer, der er arsen. I vores drikkevandsrør, der kunne være bly eller kobber. Og i industrielle applikationer, der er calcium- og sulfationer, der danner skæl, en ophobning af mineralaflejringer, der forurener og tilstopper rørene."

Bevis-of-principal-systemet udviklet af Li's team fjernede sulfationer, et skældannende mineral, der kan give vand en bitter smag og virke afføringsmiddel. Systemets elektroder var belagt med aktivt kul, som igen var belagt med en tynd film af bittesmå harpikspartikler holdt sammen af ​​kvaterniseret polyvinylalkohol. Når sulfatforurenet vand strømmede gennem en kanal mellem de ladede elektroder, sulfationer blev tiltrukket af elektroderne, passeret gennem harpiksbelægningen og klæbet til kulstoffet.

Tests i Rice-laboratoriet viste, at den positivt ladede belægning på katoden fortrinsvis fangede sulfationer frem for salt i et forhold på mere end 20 til 1.

Elektroderne bibeholdt deres egenskaber over 50 cyklusser. "Men faktisk i laboratoriet, vi har kørt systemet i flere hundrede cyklusser, og jeg kan ikke se nogen brud eller afskalning af materialet, " sagde Kuichang Zuo, hovedforfatter af papiret og en postdoc-forsker i Lis laboratorium. "Det er meget robust."

Li sagde, at systemet er beregnet til at fungere med nuværende kommercielle vandbehandlingssystemer. "Den sande fordel ved dette arbejde er ikke, at vi var i stand til selektivt at fjerne sulfat, fordi der er mange andre forurenende stoffer, der måske er vigtigere, " sagde hun. "Fordelen er, at vi udviklede en teknologiplatform, som vi kan bruge til også at målrette andre forurenende stoffer ved at variere sammensætningen af ​​elektrodebelægningen."

Rice-teamet udvikler belægninger til andre forurenende stoffer og arbejder med laboratorier på University of Texas i El Paso og Arizona State University om testsystemer i stor skala. Zuo sagde, at det også burde være muligt at nedskalere systemer til vandrensning i hjemmet.