Et nytt vannfilter kan fjerne giftige tungmetallioner og radioaktive stoffer i bare ett pass.

Filtermembranen er en hybrid av to billige materialer: whey proteinfibre og aktivert trekull. Den enkle teknologien overvinter flere ulemper med eksisterende metoder, som vanligvis er dyre og kan bare fjerne et bestemt element eller ha en svært liten filterkapasitet.

"Prosjektet er en av de viktigste tingene jeg noensinne har gjort," sier Raffaele Mezzenga, professor i mat og myke materialer på ETH Zürich. Han og kollega Sreenath Bolisetty beskriver teknologien i journalen Natur Nanoteknologi.

I hjertet av filtreringssystemet er en ny type hybridmembran bestående av aktivert trekull og tøffe, stive valleproteinfibre. De to komponentene er billige og enkle å produsere.

Vassleproteinene denatureres, noe som får dem til å strekke seg, og til slutt kommer sammen i form av amyloidfibriller. Sammen med aktivert karbon blir disse fibrene påført på et egnet substratmateriale, så som et cellulosefilterpapir. Karboninnholdet er 98-prosent, med bare 2-prosent som består av proteinet.

Gjenoppretter verdifullt gull

Denne hybridmembranen absorberer forskjellige tungmetaller på en ikke-spesifikk måte, inkludert industrielt relevante elementer, slik som bly, kvikksølv, gull og palladium. Det absorberer imidlertid også radioaktive stoffer, som uran eller fosfor-32, som er relevante for henholdsvis kjernefysisk avfall eller visse kreftbehandlinger.

Membranen eliminerer også svært giftige metallcyanider fra vann. Denne klassen av materialer inkluderer gullcyanid, som vanligvis brukes i elektronikkindustrien for å produsere lederspor på kretskort.

Membranen gir en enkel måte å filtrere ut og gjenvinne gullet, slik at filtersystemet en dag kunne spille en viktig rolle i gullgenvinning også.

"Profittet som genereres av gjenvunnet gull er mer enn 200 ganger kostnaden for hybridmembranen, sier Mezzenga.

Hvordan fungerer det

Filtreringsprosessen er ekstremt enkel: Forurenset vann trekkes gjennom membranen med vakuum.

"Et tilstrekkelig sterkt vakuum kunne produseres med en enkel håndpumpe," sier Mezzenga, "som vil tillate at systemet drives uten strøm."

Systemet er nesten uendelig skalerbart, noe som gjør det kostnadseffektivt å filer store mengder vann.

Som giftige stoffer trekkes gjennom filteret, "stikker de" primært til proteinfibrene, som har mange bindingssteder der enkelte metallioner kan dokke. Det aktive kulls store overflateareal kan imidlertid også absorbere store mengder giftstoffer som forsinker metning av membranene.

I tillegg gir proteinfibrene mekanisk styrke til membranen og ved høye temperaturer tillater de fanget ioner å bli kjemisk omdannet til verdifulle metalliske nanopartikler.

Meget høy kapasitet

Mezzenga er entusiastisk over hybridmembranens filterkapasitet. I tester med kvikksølvklorid falt for eksempel kvikksølvkonsentrasjonen i filtratet med mer enn 99.5-prosent.

Effektiviteten var enda høyere med en giftig kaliumglucyanidforbindelse, hvor 99.98-prosent av forbindelsen ble bundet til membranen, eller med blysalter, hvor effektiviteten var større enn 99.97-prosent. Og med radioaktivt uran ble 99.4 prosent av den opprinnelige konsentrasjon bundet under filtrering.

"Vi oppnådde disse høye verdiene i bare ett enkelt pass," sier Bolisetty.

Selv over flere passerer, filtrerer hybridmembranen ut giftige stoffer med høy grad av pålitelighet. Selv om kvikksølvkonsentrasjonen i filtratet økte med en faktor 10 fra 0.4 ppm (deler per million) til 4.2 ppm etter at 10 passerte, var mengden protein brukt ekstremt lavt.

For å filtrere en halv liter forurenset vann brukte forskerne en membran som veide bare en tiendedel gram, hvorav 10 vekt% var sammensatt av proteinfibre.

"Ett kilo vassleprotein ville være nok til å rense 90,000 liter vann," sier Mezzenga.

Dette antyder at effektiviteten kan økes ved å legge til mer proteininnhold i membranen, legger han til, understreker fleksibiliteten til denne nye tilnærmingen.

Mezzenga, som har patentert teknologien, er sikker på at filteret vil finne veien til markedet.

"Det er mange applikasjoner for det, og vann er et av de mest presserende problemene vi står overfor i dag," legger han til.

kilde: ETH Zurich

Relatert bok:

at InnerSelf Market og Amazon