Met twee miljard mensen wereldwijd die geen toegang hebben tot schoon en veilig drinkwater, gezamenlijk onderzoek door Monash University, CSIRO en de Universiteit van Texas in Austin hebben vandaag gepubliceerd in Wetenschappen vooruitgang kan een baanbrekende nieuwe oplossing bieden.

Het komt allemaal neer op metaal-organische raamwerken (MOF's), een verbazingwekkend materiaal van de volgende generatie met het grootste interne oppervlak van alle bekende stoffen. De sponsachtige kristallen kunnen worden gebruikt om te vangen, chemische verbindingen opslaan en vrijgeven. In dit geval, het zout en de ionen in zeewater.

Dr. Huacheng Zhang, Professor Huanting Wang en universitair hoofddocent Zhe Liu en hun team aan de faculteit Ingenieurswetenschappen van de Monash University in Melbourne, Australië, in samenwerking met Dr. Anita Hill van CSIRO en professor Benny Freeman van het McKetta Department of Chemical Engineering aan de Universiteit van Texas in Austin, hebben onlangs ontdekt dat MOF-membranen de filterfunctie kunnen nabootsen, of 'ion selectiviteit', van organische celmembranen.

Met verdere ontwikkeling, deze membranen hebben een aanzienlijk potentieel om de dubbele functies van het verwijderen van zouten uit zeewater en het scheiden van metaalionen op een zeer efficiënte en kosteneffectieve manier uit te voeren, biedt een revolutionaire nieuwe technologische benadering voor de water- en mijnbouwindustrie.

Momenteel, omgekeerde osmose membranen zijn verantwoordelijk voor meer dan de helft van de ontziltingscapaciteit van de wereld, en de laatste fase van de meeste waterbehandelingsprocessen, toch hebben deze membranen ruimte voor verbetering met een factor 2 tot 3 in energieverbruik. Ze werken niet volgens de principes van uitdroging van ionen, of selectief ionentransport in biologische kanalen, het onderwerp van de Nobelprijs voor Scheikunde 2003 toegekend aan Roderick MacKinnon en Peter Agre, en hebben daardoor aanzienlijke beperkingen.

In de mijnbouw, membraanprocessen worden ontwikkeld om watervervuiling te verminderen, evenals voor het terugwinnen van waardevolle metalen. Bijvoorbeeld, lithium-ionbatterijen zijn nu de meest populaire energiebron voor mobiele elektronische apparaten, maar tegen het huidige verbruik, er is een stijgende vraag die waarschijnlijk lithiumproductie vereist uit niet-traditionele bronnen, zoals terugwinning uit zout water en afvalprocesstromen. Indien economisch en technologisch haalbaar, directe extractie en zuivering van lithium uit zo'n complex vloeibaar systeem zou grote economische gevolgen hebben.

Deze innovaties zijn nu mogelijk dankzij dit nieuwe onderzoek. Professor Huanting Wang van de Monash University zei:"We kunnen onze bevindingen gebruiken om de uitdagingen van waterontzilting aan te pakken. In plaats van te vertrouwen op de huidige dure en energie-intensieve processen, dit onderzoek opent het potentieel voor het verwijderen van zoutionen uit water op een veel energiezuinigere en milieuvriendelijkere manier."

"Ook, dit is nog maar het begin van het potentieel voor dit fenomeen. We blijven onderzoeken hoe de lithiumionselectiviteit van deze membranen verder kan worden toegepast. Lithium-ionen zijn overvloedig aanwezig in zeewater, dit heeft dus gevolgen voor de mijnindustrie die momenteel inefficiënte chemische behandelingen gebruikt om lithium uit rotsen en pekel te halen. De wereldwijde vraag naar lithium voor elektronica en batterijen is zeer hoog. Deze membranen bieden het potentieel voor een zeer effectieve manier om lithiumionen uit zeewater te extraheren, een overvloedige en gemakkelijk toegankelijke bron."

Voortbouwend op het groeiende wetenschappelijke begrip van MOF's, Dr. Anita Hill van CSIRO zei dat het onderzoek een ander potentieel real-world gebruik biedt voor het materiaal van de volgende generatie. "Het vooruitzicht om MOF's te gebruiken voor duurzame waterfiltratie is ongelooflijk opwindend vanuit het perspectief van het algemeen belang, terwijl het leveren van een betere manier om lithiumionen te extraheren om aan de wereldwijde vraag te voldoen, nieuwe industrieën voor Australië zou kunnen creëren, ' zei dokter Hill.

Professor Benny Freeman van de Universiteit van Texas in Austin zegt:"Geproduceerd water uit schaliegasvelden in Texas is rijk aan lithium. Geavanceerde concepten voor scheidingsmaterialen, zoals dit, zou deze afvalstroom mogelijk kunnen veranderen in een mogelijkheid voor het terugwinnen van hulpbronnen. Ik ben erg dankbaar dat ik de kans heb gehad om met deze vooraanstaande collega's van Monash en CSIRO samen te werken via de Australisch-Amerikaanse Fulbright Commission voor de Amerikaanse Fulbright Distinguished Chair in Science, Technologie en innovatie gesponsord door de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO)."