Kleurstoffen worden veel gebruikt in industrieën zoals textiel, cosmetica, voedselverwerking, papierfabricage en kunststoffen. wereldwijd, wij produceren ongeveer 700, 000 ton - het gewicht van twee Empire State Buildings - verf per jaar om onze kleding te kleuren, oogschaduw, speelgoed en snoepautomaten.

Tijdens de productie, ongeveer een tiende van alle kleurstoffen komt in de afvalstroom terecht. De meeste van deze kleurstoffen ontsnappen aan conventionele afvalwaterzuiveringsprocessen en blijven in het milieu, vaak tot meren, rivieren en vijvers, en het vervuilen van het water voor de waterplanten en dieren die daar leven. Zelfs een beetje toegevoegde kleur kan zonlicht blokkeren en de fotosynthese van planten voorkomen, die het hele aquatische ecosysteem verstoort.

Een team onder leiding van de Universiteit van Washington heeft een milieuvriendelijke manier ontwikkeld om binnen enkele seconden kleur van kleurstoffen in water te verwijderen. De techniek werd beschreven in een paper dat in juni online in het tijdschrift werd gepubliceerd Toegepaste Katalyse B:Milieu .

"Een kleine hoeveelheid kleurstof kan een grote hoeveelheid water vervuilen, dus we moesten een manier vinden om de kleur heel snel en efficiënt te verwijderen, " zei senior auteur Anthony Dichiara, een assistent-professor bioresource wetenschap en techniek aan de UW School of Environmental and Forest Sciences. "We waren behoorlijk onder de indruk van wat we konden bereiken."

Het onderzoeksteam ontwikkelde een methode die kleur uit water verwijdert met behulp van een sponsachtig materiaal dat ze hebben gemaakt van houtpulp en kleine stukjes metaal. Cellulose, de hoofdstructuur in de celwanden van planten en het meest voorkomende natuurlijke materiaal op aarde, vormt de ruggengraat van het materiaal, die is versierd met kleine stukjes palladium. Dit metaal dient als katalysator om kleur snel te verwijderen.

In plaats van kleurstof uit water te verwijderen, het onderzoeksteam probeerde de kleur van de kleurstoffen te veranderen in iets dat buiten wat we kunnen zien in het zichtbare spectrum valt. Een chemische reactie kan bijvoorbeeld, de kleur rood verstoren en duidelijk laten lijken, of kleurloos. In het geval van kleurstofafvalproducten die het water in meren kunstmatig kleuren en fotosynthese verhinderen, het veranderen van de kleurstof van rood naar helder zou de planten weer normaal moeten laten groeien.

De chemische reductie van kleurstoffen met behulp van moleculen die "reductiemiddelen" worden genoemd, kan de kleurstofstructuur veranderen en de kleur veranderen van rood of blauw naar helder. Echter, de reactie is niet erg efficiënt en kan weken duren. Het materiaal van de UW bevat een katalysator die samenwerkt met het reductiemiddel om dit proces bijna onmiddellijk te versnellen.

In de nieuwe krant de onderzoekers beschrijven het eenvoudige en duurzame proces dat ze ontwikkelden om het kleurverwijderende materiaal te maken. De onderzoekers combineerden cellulosemoleculen met palladiummetaal, verwarmde de oplossing en mengde het in een blender. Daarna zuiverden en vriesdroogden ze het materiaal zodat het een poreus, herbruikbare stof. De resulterende spons bestaat voor meer dan 99 procent uit lucht - zijn grote poriën laten water in en uit stromen, terwijl de metaalkatalysatordeeltjes in het materiaal alle aanwezige kleur verwijderen.

Net als een echte spons, het materiaal kan uit het water worden geperst en meerdere keren worden hergebruikt zonder het vermogen te verliezen om kleur uit water te verwijderen. De onderzoekers zeggen dat het moeilijk is om zo'n lichtgewicht materiaal te maken dat foutloos is na vele rondes van knijpen en filteren, vooral wanneer de spons zijn Zwitserse kaasachtige structuur moet behouden, versmolten met kleurverminderende deeltjes.

De onderzoekers testten hun spons in het laboratorium met blauwe en rode kleurstoffen die veel voorkomen in de textielindustrie. Ze goten het gekleurde water - al vermengd met het bestaande molecuul dat de kleur helpt verminderen - over de spons. Terwijl de vloeistof door het materiaal ging, het resulterende water was helder. Bij een andere proef ze wervelden het sponsmateriaal in een pot met blauw geverfd water, en na ongeveer 10 seconden verdween de kleur.

Buiten laboratoriumtesten, de onderzoekers zeggen dat veel kleine sponsachtige materialen kunnen worden vrijgelaten in een meer dat vervuild is met kleurstof, samen met het molecuul om de kleur te helpen verminderen. Vergelijkbaar met het ronddraaien van een theezakje rond een mok, de sponzen kunnen rond het meer worden gesleept totdat alle kleur is verdwenen.

"Slechts een kleine hoeveelheid kleurstof kan de kleur van een meer drastisch veranderen, "Zei Dichiara. "Deze methode zou goed kunnen werken als je lage concentraties kleurstof in water hebt waar je heel snel voor moet zorgen."