Nanoteknologiske innovationer kan forbedre vandrensningen

Forskningshold forsøger forskellige tilgange inden for det nanoteknologiske område for at forbedre vandmembransteknologier. En af disse er at forbedre vandrensningen ved at bruge naturens egne vandtransporterende kanaler, aquaporiner. Imidlertid, at konstruere egnede membraner til industrielle processer er en udfordring.

Membraner til vandrensning bruges i mange applikationer, og forskellige typer membraner er under udvikling i øjeblikket. Ingen membran kan filtrere og rense vand helt, men forbedringer ved hjælp af nye typer membraner er lavet.

I det EU-kommissionsfinansierede projekt MEMBAQ (Inkorporering af aquaporiner i membraner til industrielle anvendelser) udnytter forskere en unik struktur, naturen allerede har skabt, når de udvikler en nanoteknologisk opfindelse. De er inspireret af cellemembranernes vandtransporterende kanaler, der består af proteiner kaldet aquaporiner. Kun rene H2O-molekyler slippes igennem. Forskellige slags vandfiltreringsmembraner er blevet inkorporeret med disse aquaporiner, i jagten på en revolutionerende nanobioteknologisk vandmembranteknologi, der kan fjerne partikler og patogener fra vandet meget mere effektivt, sammenlignet med andre membraner på markedet.

Den største udfordring i øjeblikket er at gøre membraner anvendelige til industrielle processer. Imidlertid, forskerne er nået langt ved at støtte aquaporinerne med et fleksibelt og vævslignende hydrogellag og derefter stabilisere dette lag med en perforeret teflonfilm, stand til at indeholde hydrogel- og aquaporindråber. Projektets mål er at udvikle membraner, der er i stand til, for eksempel, genbruge spildevand til drikkevand og afsalte vand. Ud over, denne teknologi kan betjene kunder, der arbejder med halvledere, da de bruger meget ultrarent vand, og kan gøre denne industri grønnere ved at reducere den nødvendige energi under vandrensningsprocessen. Hvis alt går efter planerne, kunderne vil blive tilbudt en membran, der er fem til ti gange mere effektiv end de membraner, der findes på markedet i dag.

En anden måde at forbedre vandrensning gennem en nanoteknologisk tilgang er blevet udviklet af forskere ved Stanford University. De har elektrificeret en bomuldsmembran, belagt med sølv nanotråde og nanorør, at dræbe patogener. Denne elektriske mekanisme bruges i stedet for størrelsesudelukkelse. De større porer lader vandet strømme gennem omkring 80, 000 gange hurtigere end bakteriefangende membraner tillader og gør det også muligt at undgå tilstopning af membranerne. Flere filtertrin er nødvendige, da en elektrificeret membran kun dræber 98 procent af patogenerne. Forskerne har vist, at den elektricitet, der kræves for at føre strøm gennem membranen, kan være så lav som en femtedel af en filtreringspumpes energibehov, når en sammenlignelig vandmængde slippes igennem.

Markedet for forskellige membraner, der kan rense vand, vokser, og kunderne har måske snart mulighed for at vælge en membran, der passer bedre til deres behov.