Wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Department of Energy (DOE) hebben een door licht geactiveerde coating ontwikkeld voor filtratiemembranen - het soort dat wordt gebruikt in waterbehandelingsfaciliteiten, op productielocaties voor halfgeleiders en in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie - om ze zelfreinigend te maken, het elimineren van de noodzaak om systemen af ​​te sluiten om ze te repareren.

Goedkoop en effectief, waterfiltratiemembranen bestaan ​​al jaren, maar zijn altijd kwetsbaar geweest voor verstopping door organische en anorganische materialen die de poriën na verloop van tijd verstoppen, een fenomeen dat bekend staat als vervuiling.

"Alles wat je in water steekt, zal vroeg of laat vervuild raken, " zei Argonne senior wetenschapper Seth Darling.

Darling is directeur van Argonne's Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS) Center, een Energy Frontier Research Center (EFRC) gesponsord door de DOE.

"Bijna alle membranen die in de echte wereld worden gebruikt, werken door een fysiek mechanisme, kleine gaatjes die alles blokkeren wat je eruit probeert te filteren, " zei hij. "Maar ze doen geen scheikunde. Dat is wat we hebben geprobeerd te veranderen door een coating op het membraan aan te brengen die het chemische functionaliteit geeft."

"Dat is wat onze ontdekking onderscheidt van eerder werk op dit gebied, " zei Seth Darling, senior wetenschapper bij het Argonne National Laboratory van het Department of Energy. "Het membraan kan in gebruik blijven, het elimineren van de noodzaak om, bijvoorbeeld, een filtersysteem stilleggen om vervuilde onderdelen te reinigen of te vervangen."

Terwijl degenen die op het gebied van waterfiltratie werken enig succes hebben gehad met het verwijderen, reinigen en vervangen van vervuilde membranen, het proces is verre van ideaal omdat het de membranen - en soms hele waterbehandelingssystemen - buiten dienst stelt.

"Wat we proberen te doen is dit volledig te voorkomen, ' zei schat.

Hij en zijn team zijn nieuwe, goedkope vooruitgang is een game-changer voor industrieën die afhankelijk zijn van dit soort technologie.

De coating die ze gebruiken is gebaseerd op titaniumdioxide, of TiO ₂ , die al jaren wordt onderzocht voor waterbehandelingstoepassingen vanwege zijn hoge stabiliteit, niet-toxiciteit, lage kosten en biocompatibiliteit.

Darling en zijn team gingen nog een stap verder met de technologie door een beetje stikstof aan de mix toe te voegen. Het proces, stikstofdoping genoemd, maakt het membraan gevoelig voor zichtbaar licht. De coating dient als een katalysator die vervuilingen afbreekt, ze vrijgeven van het membraan, waardoor het schoon wordt.

"Normale TiO ₂ zou werken, maar alleen met ultraviolet licht, " zei Huiru Zhang, een afgestudeerde student die aan het project heeft gewerkt. "Dat kan in sommige situaties logisch zijn, maar het is veel minder toegankelijk dan zichtbaar licht."

Vergeleken met reguliere TiO ₂ , met stikstof gedoteerde TiO ₂ -gecoate membranen vertonen een 24-voudig hogere fotokatalytische efficiëntie onder zonlicht.

Het succes van Argonne op dit gebied is uniek:nooit eerder konden wetenschappers membranen zelf reinigen terwijl ze nog als filter functioneren.

"Dat is wat onze ontdekking onderscheidt van eerder werk op dit gebied, ' zei Darling. 'Het membraan kan in gebruik blijven, het elimineren van de noodzaak om, bijvoorbeeld, een filtersysteem stilleggen om vervuilde onderdelen te reinigen of te vervangen."

Darling en zijn team publiceerden onlangs hun bevindingen in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .

"In principe, onze ontdekking kan overal worden gebruikt waar membranen zich in water bevinden, en zelfs als coating op andere componenten in watersystemen, ' zei schat.