Ett nytt vattenfilter kan ta bort giftiga tungmetalljoner och radioaktiva ämnen i bara ett pass.

Filtermembranet är en hybrid av två lågkostnadsmaterial: vassleproteinfibrer och aktivt kol. Den enkla tekniken övervinner flera nackdelar med befintliga metoder, som vanligtvis är dyra och kan bara ta bort ett specifikt element eller ha en mycket liten filterkapacitet.

"Projektet är en av de viktigaste sakerna jag någonsin har gjort", säger Raffaele Mezzenga, professor i mat och mjuka material på ETH Zürich. Han och kollega Sreenath Bolisetty beskriver tekniken i tidningen Natur nanoteknik.

I hjärtat av filtreringssystemet är en ny typ av hybridmembran bestående av aktivt kol och hårda, styva vassleproteinfibrer. De två komponenterna är billiga och enkla att producera.

Vassleproteinerna denatureras, vilket får dem att sträcka sig och i slutändan komma ihop i form av amyloidfibriller. Tillsammans med aktivt kol appliceras dessa fibrer på ett lämpligt substratmaterial, såsom ett cellulosafilterpapper. Kolinnehållet är 98-procent, med enbart 2-procent som består av proteinet.

Återställer värdefullt guld

Detta hybridmembran absorberar olika tungmetaller på ett icke-specifikt sätt, inklusive industriellt relevanta element, såsom bly, kvicksilver, guld och palladium. Det absorberar emellertid även radioaktiva ämnen, såsom uran eller fosfor-32, vilka är relevanta för kärnavfall respektive vissa cancerterapier.

Membranet eliminerar också högt giftiga metallcyanider från vatten. Denna klass av material innefattar guldcyanid, som vanligen används inom elektronikindustrin för att producera ledarspår på kretskort.

Membranet erbjuder ett enkelt sätt för att filtrera bort och utvinning av guld, sålunda filtersystemet kunde en dag spela en viktig roll i guld återvinning samt.

"Vinsten som genereras av det återvunna guldet är mer än 200 gånger kostnaden för hybridmembranet", säger Mezzenga.

Hur det fungerar

Filtreringsprocessen är extremt enkel: Förorenat vatten dras genom membranet genom vakuum.

"En tillräckligt stark vakuum kunde framställas med en enkel handpump", säger Mezzenga ", vilket skulle göra det möjligt för systemet att drivas utan elektricitet."

Systemet är nästan oändligt skalbart, vilket gör det kostnadseffektivt att föra stora volymer vatten.

När giftiga ämnen dras genom filtret "sticker de" primärt till proteinfibrerna, som har många bindningsställen där enskilda metalljoner kan docka. Det aktiva kolets stora ytarea kan emellertid även absorbera stora mängder toxiner, vilket fördröjer mättnad av membranerna.

Dessutom ger proteinfibrerna mekanisk styrka till membranet och vid höga temperaturer tillåter de fångade jonerna att omvandlas kemiskt till värdefulla metalliska nanopartiklar.

Mycket hög kapacitet

Mezzenga är entusiastisk över hybridmembranfilterkapacitet. I tester med kvicksilverklorid, till exempel, kvicksilverhalten närvarande i filtratet minskade med mer än 99.5 procent.

Effektiviteten var ännu högre med ett toxiskt kaliumguldcyanidförening, där 99.98 procent av föreningen bands till membranet, eller med blysalter, där effektiviteten var större än 99.97 procent. Och med radioaktivt uran, var 99.4 procent av den ursprungliga koncentrationen bundet under filtrering.

"Vi uppnådde dessa höga värden på bara ett enda pass", säger Bolisetty.

Även över flera passager, hybrid membranet filtrerar bort giftiga ämnen med en hög grad av tillförlitlighet. Även kvicksilverhalten i filtratet ökade med en faktor av 10 från 0.4 ppm (delar per miljoner) till 4.2 ppm efter 10 passerar, var den mängd protein som används extremt låg.

För att filtrera en halv liter förorenat vatten använde forskarna ett membran som väger bara en 10: e gram, varav 7 viktprocent består av proteinfibrer.

"Ett kilo av vassleprotein skulle vara tillräckligt för att rena 90,000 liter vatten", säger Mezzenga.

Detta tyder på effektiviteten kan ökas genom att lägga till mer proteinhalt i membranet, tillägger han, med betoning på flexibilitet i denna nya strategi.

Mezzenga, som har patenterat tekniken, är säker på att filtret kommer att hitta sin väg på marknaden.

"Det finns många tillämpningar för det, och vatten är en av de mest angelägna problem vi står inför idag", tillägger han.

Källa: ETH Zurich

Relaterade Bok:

at InnerSelf Market och Amazon