Vandbehandling:Fjernelse af hormoner med sollys

Organiske forurenende stoffer såsom lægemidler, pesticider, og hormoner, selv ved koncentrationer på nanoskala, forurene drikkevandet på en måde, der udgør væsentlige risici for mennesker, dyr og miljø. I særdeleshed, steroidhormonerne østron, østradiol, progesteron, og testosteron kan forårsage biologisk skade hos mennesker og dyreliv. Den Europæiske Union har derfor fastsat strenge minimumskvalitetsstandarder for sikkert og rent drikkevand, som også skal tages i betragtning i udviklingen af ​​nye teknologier til vandbehandling.

"Udfordringen for videnskaben er at udvikle mere følsomme metoder til at målrette hormonmolekylerne, " siger professor Andrea Iris Schäfer, leder af Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) på KIT. Det største problem er, at steroidhormoner er meget svære at opdage i vand. "Der er et hormonmolekyle for hver kvintillion vandmolekyler. Dette er en ekstrem lav koncentration, " forklarer eksperten.

Med konventionelle vandbehandlingsteknologier, renseanlæg kan hverken finde eller fjerne mikroforurenende stoffer. Forskere ved IAMT og KIT Institute of Microstructure Technology (IMT) arbejder derfor på nye metoder til ikke kun at opdage og måle mikroforurenende stoffer, men fjern dem også. En ny, fotokatalytisk proces viser sig at være lovende. Forskerne har belagt en kommercielt tilgængelig polymermembran med store porer med Pd(II)-porphyrin, en palladiumholdig, lysfølsomt molekyle, der kan absorbere synlig stråling. Udsættelse for stråling med simuleret sollys starter en kemisk proces, der producerer såkaldt singlet oxygen, en meget reaktiv oxygenart. Singlet-ilten "angriber" specifikt hormonmolekylerne og omdanner dem til potentielt sikre oxidationsprodukter. "Det er afgørende, at vi belægger overfladen af ​​hver pore med fotosensibilisatormolekylet, forøgelse af angrebets overfladeareal, " forklarer Roman Lyubimenko, en videnskabsmand ved IAMT og IMT.

Den kemiske nedbrydning af steroidhormoner og filtreringen af ​​andre mikroforurenende stoffer kan realiseres i et enkelt modul. Med denne proces, filtrering af 60 til 600 liter vand pr. kvadratmeter membran er mulig på en time. Forskerne var i stand til at reducere koncentrationen af ​​østradiol, det mest biologisk aktive steroidhormon, med 98 procent fra 100 til 2 nanogram per liter. "Det betyder, at vi allerede er meget tæt på EU's målværdi på et nanogram pr. liter, " understreger Schäfer. Det næste mål for forskerholdet er at optimere den fotokatalytiske proces yderligere og overføre den til en større skala. Åbne spørgsmål er at finde ud af, hvor meget lysintensitet og hvor meget porfyrin, der skal til, og om det kostbare palladium fra platingruppe af metaller kan erstattes af andre metaller.