Wetenschappers van Rice University ontwikkelen technologie om verontreinigingen uit water te verwijderen, maar alleen zoveel als nodig is.

Het Rice-lab van ingenieur Qilin Li bouwt een behandelingssysteem dat kan worden afgestemd om selectief gifstoffen uit drinkwater en afvalwater uit fabrieken te halen, rioleringssystemen en olie- en gasbronnen. De onderzoekers zeiden dat hun technologie kosten zal besparen en energie zal besparen in vergelijking met conventionele systemen.

"Traditionele methoden om alles te verwijderen, zoals omgekeerde osmose, zijn duur en energie-intensief, " zei Li, de hoofdwetenschapper en co-auteur van een studie over de nieuwe technologie in het tijdschrift American Chemical Society Milieuwetenschap en -technologie . "Als we een manier vinden om deze kleine componenten eruit te vissen, we kunnen veel energie besparen."

Het hart van Rice' systeem is een set nieuwe composietelektroden die capacitieve deïonisatie mogelijk maken. de geladen, poreuze elektroden trekken selectief doelionen uit vloeistoffen die door het doolhofachtige systeem gaan. Wanneer de poriën vol raken met gifstoffen, de elektroden kunnen worden gereinigd, in hun oorspronkelijke hoedanigheid hersteld en hergebruikt.

"Dit maakt deel uit van een brede reikwijdte van onderzoek om manieren te vinden om ionische verontreinigingen selectief te verwijderen, " zei Li, een professor van civiele en milieutechniek en van materiaalkunde en nano-engineering. "Er zitten veel ionen in water. Niet alles is giftig. natriumchloride (zout) is perfect goedaardig. We hoeven het niet te verwijderen, tenzij de concentratie te hoog wordt.

"Voor veel toepassingen we kunnen ongevaarlijke ionen achterlaten, maar er zijn bepaalde ionen die we moeten verwijderen, "zei ze. "Bijvoorbeeld, in sommige drinkwaterbronnen, er is arseen. In onze drinkwaterleidingen, er kan lood of koper zijn. En in industriële toepassingen, er zijn calcium- en sulfaationen die kalk vormen, een opeenhoping van minerale afzettingen die leidingen vervuilen en verstoppen."

Het proof-of-principal-systeem ontwikkeld door Li's team verwijderde sulfaationen, een kalkvormend mineraal dat water een bittere smaak kan geven en als laxeermiddel kan werken. De elektroden van het systeem waren gecoat met actieve kool, die op zijn beurt was bedekt met een dunne film van kleine harsdeeltjes die bij elkaar werden gehouden door gequaterniseerde polyvinylalcohol. Toen met sulfaat verontreinigd water door een kanaal tussen de geladen elektroden stroomde, sulfaationen werden aangetrokken door de elektroden, ging door de harscoating en plakte aan de koolstof.

Tests in het Rice-lab toonden aan dat de positief geladen coating op de kathode bij voorkeur sulfaationen in plaats van zout gevangen in een verhouding van meer dan 20 tot 1.

De elektroden behielden hun eigenschappen gedurende 50 cycli. "Maar eigenlijk, in het labortorium, we hebben het systeem enkele honderden cycli laten draaien en ik zie geen breuk of afbladderen van het materiaal, " zei Kuichang Zuo, hoofdauteur van het artikel en een postdoctoraal onderzoeker in Li's lab. "Het is erg robuust."

Li zei dat het systeem bedoeld is om te werken met de huidige commerciële waterbehandelingssystemen. "De echte verdienste van dit werk is niet dat we selectief sulfaat konden verwijderen, omdat er veel andere verontreinigingen zijn die misschien belangrijker zijn, " zei ze. "De verdienste is dat we een technologieplatform hebben ontwikkeld dat we kunnen gebruiken om ook andere verontreinigingen aan te pakken door de samenstelling van de elektrodecoating te variëren."

Het Rice-team ontwikkelt coatings voor andere verontreinigingen en werkt samen met laboratoria aan de Universiteit van Texas in El Paso en de Arizona State University aan grootschalige testsystemen. Zuo zei dat het ook mogelijk moet zijn om systemen te verkleinen voor in-home waterzuivering.