Vandbehandling:Lys hjælper med at nedbryde hormoner

Mikroforurenende stoffer i vand er ofte hormoner, der ophobes i miljøet og kan have en negativ indvirkning på mennesker og dyr. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM) i Leipzig har nu udviklet en proces til fotokatalytisk nedbrydning af disse forurenende stoffer, når de strømmer gennem polymermembraner. Det præsenteres i Nature Nanotechnology . Bestråling med lys udløser en kemisk reaktion, som resulterer i, at steroidhormoner nedbrydes på membranerne belagt med titaniumdioxid.

Uanset hvor folk bor, kommer hormoner, der bruges i for eksempel præventionsmidler eller landbrug, i spildevandet. Steroide hormoner, såsom kønshormoner og kortikosteroider, kan ophobes i miljøet og påvirke mennesker og dyr negativt, da de hæmmer adfærdsudvikling og fertilitet. Kønshormoner kan for eksempel få hanfisk til at udvikle kvindelige seksuelle egenskaber. Det er derfor vigtigt at fjerne hormoner, sammen med andre mikroforurenende stoffer, fra spildevandet, inden de igen kommer ind i det naturlige vandkredsløb, hvorfra drikkevandet udvindes. "At forsyne folk med rent drikkevand i øjeblikket er en af ​​de vigtigste udfordringer på verdensplan," siger professor Andrea Iris Schäfer, leder af KIT's Institut for Avanceret Membrane Technology (IAMT). "Mikroforurenende stoffer udgør en stor trussel for vores fremtid, da de forringer vores fertilitet og hjernefunktion."

Inspireret af solcelleteknologi

Schäfer har i årevis studeret vandbehandling ved nanofiltrering. Til dette formål bruger hun polymermembraner med nanometerstore porer. Nanofiltrering kræver dog højt tryk og dermed meget energi. Desuden kan mikroforurenende stoffer ophobes i polymermembranmaterialerne og gradvist trænge ind i det filtrerede vand. Selvom de forurenende stoffer adskilles fuldstændigt, kan en strøm af koncentrerede forurenende stoffer udvikle sig og kræve yderligere behandling.

Inspireret af solcelleteknologi, arbejdsområdet for professor Bryce S. Richards fra KIT, fik Schäfer ideen til at belægge polymermembraner med titaniumdioxid og designe fotokatalytiske membraner. Fotokatalytisk aktive titandioxid-nanopartikler påføres mikrofiltreringsmembraner, hvis porer er noget større end ved nanofiltrering. Bestråling med lys udløser så en kemisk reaktion, som medfører, at steroidhormoner nedbrydes på membranerne. Sammen med sit team hos IAMT og kolleger fra Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM), Leipzig, har Schäfer nu realiseret sin idé og præsenteret den nye teknologi inden for Nature Nanotechnology .

Katalysator til vand

"Vi har udviklet en katalysator til vand," opsummerer Schäfer sit arbejde. Ved hjælp af de fotokatalytiske polymermembraner blev steroidhormoner fjernet i kontinuerlig strømningstilstand ned til den analytiske detektionsgrænse på 4 ng/l. Faktisk var de målte koncentrationer meget tæt på 1 ng/l, grænsen angivet i WHO's nye drikkevandsretningslinje. Forskerne optimerer nu deres teknologi ved at reducere den nødvendige tid og energiforbrug. Desuden ligger deres fokus på at bruge naturligt lys. Deres forskning er især rettet mod at nedbryde andre forurenende stoffer ved fotokatalyse, såsom industrikemikalier som perfluoralkylerede og polyfluorerede stoffer (PFAS) eller pesticider, såsom glyphosat. Et andet mål er at opskalere teknologien. + Udforsk yderligere

Vandbehandling:Fjernelse af hormoner med sollys