Enkel metode til at binde forurenende stoffer i vand

Nye typer membranadsorbere fjerner uønskede partikler fra vand og også, på samme tid, opløste stoffer, såsom den hormonelt aktive bis-phenol A eller giftigt bly. At gøre dette, forskere ved Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB indlejrer selektive adsorberpartikler i filtreringsmembraner.

Først i januar 2015 sænkede European Food Safety Authority (EFSA) tærskelværdien for bisphenol A i emballage. Det hormonelt aktive bulkkemikalie er blandt andet et grundmateriale til polycarbonat, hvorfra, for eksempel, Cd'er, bordservice eller glas til glas fremstilles. På grund af sin kemiske struktur, bisphenol A nedbrydes ikke fuldstændigt i de biologiske faser af rensningsanlæg og udledes i floder og søer af rensningsanlægget.

Aktivt kul eller adsorberingsmaterialer bruges allerede til at fjerne kemikalier, antibiotika eller tungmetaller fra affald eller procesvand. Imidlertid, en ulempe ved disse meget porøse materialer er den lange kontakttid, som forurenende stoffer kræver for at diffundere ind i porerne. Så at så mange af de skadelige stoffer som muligt fanges selv på kortere tid, rensningsanlæggene bruger større mængder adsorberingsmidler i tilsvarende store rensebassiner. Imidlertid, aktivt kul kan kun regenereres med et højt energiniveau, resulterer for det meste i behovet for at bortskaffe store mængder materiale, der er forurenet med forurenende stoffer.

Også, membranfiltrering med nanofiltrering eller reverse osmose membraner, som kan fjerne de kontaminerende stoffer, er endnu ikke omkostningseffektiv til fjernelse af opløste molekyler fra store volumenstrømme, såsom proces eller spildevand. Membraner filtrerer vandet gennem deres porer, når der opbygges et tryk på den ene side af membranen, og dermed holde større molekyler og faste partikler tilbage. Men jo mindre membranporerne er, jo højere tryk - og derfor mere energi - der kræves for at adskille stofferne fra vand.

Membran adsorberere - filtrering og binding i et trin

Forskere ved Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB i Stuttgart har valgt en ny tilgang, der kombinerer fordelene ved begge metoder. Ved fremstilling af membraner tilføjer de små, polymere adsorberpartikler. De resulterende membranadsorberere kan - ud over deres filtreringsfunktion - adsorptivt binde stoffer opløst i vand. "Vi gør brug af den porøse struktur af membranen placeret under separationslaget. Porerne har en yderst specifik overflade, så så mange partikler som muligt kan indlejres, og de giver også optimal tilgængelighed, "siger Dr. Thomas Schiestel, Leder af arbejdsgruppen "Uorganiske grænseflader og membraner" i Fraunhofer IGB.

"I modsætning til konventionelle adsorbere, vores membranabsorberere transporterer forurenende stoffer konvektivt. Det betyder at, med vandet, der flyder hurtigt gennem membranporerne, en kontakttid på kun få sekunder er tilstrækkelig til at adsorbere forurenende stoffer på partikeloverfladen, "siger videnskabsmanden. Op til 40 procent af vægten af ​​membranadsorberne står for partiklerne, så deres bindingskapacitet er tilsvarende høj. Samtidig kan membranabsorbererne drives ved lave tryk. Da membranerne kan pakkes meget tæt, meget store mængder vand kan behandles selv med små enheder.

Funktionelle adsorberpartikler

Forskerne fremstiller adsorberpartiklerne i et enkelt trin, omkostningseffektiv proces. I denne patenterede proces polymeriseres monomere komponenter ved hjælp af et tværbindingsmiddel til dannelse af 50 til 500 nanometer polymerkugler. "Afhængigt af hvilke stoffer der skal fjernes fra vandet, vi vælger den mest passende blandt en række monomerer med forskellige funktionelle grupper, "Forklarer Schiestel. Spektret her spænder fra pyridin, der har tendens til at være hydrofob, ved hjælp af kationiske ammoniumforbindelser og omfatter anioniske phosphonater.

Selektiv fjernelse af forurenende stoffer og metaller

Forskerne var i stand til i forskellige tests at vise, at membranadsorberne fjerner forurenende stoffer meget selektivt ved hjælp af partiklerne, som er tilpasset den pågældende forurening. For eksempel, membranadsorbere med pyridingrupper binder det hydrofobe bisphenol A særligt godt, der henviser til, at dem med aminogrupper adsorberer det negativt ladede salt af antibiotikumet penicillin G.

"De forskellige adsorberpartikler kan endda kombineres i en membran. På denne måde kan vi fjerne flere mikropollutanter samtidigt med kun en membranadsorber, "siger Schiestel, påpeger en yderligere fordel. Udstyret med forskellige funktionelle grupper, membran adsorberne kan også fjerne giftige tungmetaller såsom bly eller arsen fra vandet. Phosphonatmembran adsorberere, for eksempel, adsorberer mere end 5 gram bly pr. kvadratmeter membranoverflade - 40 procent mere end en kommercielt tilgængelig membranadsorber.

Omkostningseffektiv og regenererbar

Så at membran adsorberne kan bruges flere gange, de adsorberede forurenende stoffer skal adskilles igen fra partiklerne i membranen. "Membranabsorberere til bisphenol A kan regenereres fuldt ud ved at ændre pH -værdien, "Forklarer Schiestel. De koncentrerede forurenende stoffer kan derefter bortskaffes omkostningseffektivt eller nedbrydes ved hjælp af passende oxidative processer.

Membranadsorberernes regenererbarhed muliggør også en yderligere anvendelse:genanvendelse af de adskilte molekyler. Dette gør desuden teknologien attraktiv til genvinding af værdifulde ædle metaller eller sjældne jordartsmetaller.