Et nyt vandfilter kan fjerne giftige tungmetalioner og radioaktive stoffer på én gang.
Filtermembranen er en hybrid af to billige materialer: valleproteinfibre og aktivt kul. Den enkle teknologi overvinder flere ulemper ved eksisterende metoder, som typisk er dyre og kun kan fjerne et bestemt element eller have en meget lille filterkapacitet.
”Projektet er en af de vigtigste ting, jeg nogensinde har gjort,” siger Raffaele Mezzenga, professor i mad og bløde materialer ved ETH Zürich. Han og kollega Sreenath Bolisetty beskriver teknologien i tidsskriftet Natur Nanoteknologi.
Kernen i filtreringssystemet er en ny type hybridmembran, der består af aktivt kul og hårde, stive valleproteinfibre. De to komponenter er billige og enkle at producere.
Valleproteinerne er denatureret, hvilket får dem til at strække sig og i sidste ende kommer sammen i form af amyloidfibriller. Sammen med aktivt kul påføres disse fibre på et egnet substratmateriale, såsom et cellulosefilterpapir. Kulstofindholdet er 98 procent, hvor kun 2 procent består af proteinet.
Gendanner værdifuldt guld
Denne hybridmembran absorberer forskellige tungmetaller på en ikke-specifik måde, herunder industrielt relevante grundstoffer, såsom bly, kviksølv, guld og palladium. Imidlertid absorberer det også radioaktive stoffer, såsom uran eller fosfor-32, som er relevante i henholdsvis nukleart affald eller visse kræftbehandlinger.
Membranen fjerner også meget giftige metalcyanider fra vand. Denne klasse af materialer inkluderer guldcyanid, der almindeligvis bruges i elektronikindustrien til at producere lederspor på printkort.
Membranen giver en enkel måde at filtrere ud og genvinde guldet på, således at filtersystemet en dag også kan spille en vigtig rolle i guldgenanvendelse.
”Overskuddet fra det genvundne guld er mere end 200 gange prisen på hybridmembranen,” siger Mezzenga.
Sådan fungerer det
Filtreringsprocessen er ekstremt enkel: Forurenet vand trækkes gennem membranen med vakuum.
"Et tilstrækkeligt stærkt vakuum kunne produceres med en simpel håndpumpe," siger Mezzenga, "hvilket gør det muligt at betjene systemet uden elektricitet."
Systemet er næsten uendeligt skalerbart, hvilket gør det omkostningseffektivt at arkivere store mængder vand.
Da giftige stoffer trækkes gennem filteret, "klæber" de sig primært til proteinfibrene, som har adskillige bindingssteder, hvor individuelle metalioner kan lægge sig fast. Imidlertid kan det store overfladeareal af det aktive kul også absorbere store mængder toksiner, hvilket forsinker mætning af membranerne.
Desuden giver proteinfibrene mekanisk styrke til membranen og ved høje temperaturer tillader de fangne ioner at blive kemisk omdannet til værdifulde metalliske nanopartikler.
Meget høj kapacitet
Mezzenga er begejstret for hybridmembranens filterkapacitet. I tests med kviksølvchlorid faldt fx kviksølvkoncentrationen i filtratet med mere end 99.5 procent.
Effektiviteten var endnu højere med en giftig kaliumguldcyanidforbindelse, hvor 99.98 procent af forbindelsen var bundet til membranen eller med blysalte, hvor effektiviteten var større end 99.97 procent. Og med radioaktivt uran blev 99.4 procent af den oprindelige koncentration bundet under filtrering.
”Vi opnåede disse høje værdier på bare én gang,” siger Bolisetty.
Selv over flere passager filtrerer hybridmembranen giftige stoffer ud med en høj grad af pålidelighed. Selvom kviksølvkoncentrationen i filtratet steg med en faktor 10 fra 0.4 ppm (dele pr. Million) til 4.2 ppm efter 10 passager, var den anvendte mængde protein ekstremt lav.
For at filtrere en halv liter forurenet vand brugte forskerne en membran, der kun vejede en tiendedel gram, hvoraf 10 vægtprocent var sammensat af proteinfibre.
”Et kilo valleprotein ville være nok til at rense 90,000 liter vand,” siger Mezzenga.
Dette antyder, at effektiviteten kan øges ved at tilføje mere proteinindhold i membranen, tilføjer han og understreger fleksibiliteten ved denne nye tilgang.
Mezzenga, der har patenteret teknologien, er overbevist om, at filteret finder vej på markedet.
”Der er mange applikationer til det, og vand er et af de mest presserende problemer, vi står over for i dag,” tilføjer han.
Kilde: ETH Zurich
Relateret bog:
at InnerSelf Market og Amazon
