Microverontreinigingen vervuilen het water wereldwijd. Onder hen zijn steroïde hormonen die niet efficiënt kunnen worden geëlimineerd door conventionele processen. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben nu een innovatief filtersysteem ontwikkeld dat een polymeermembraan combineert met actieve kool. Omdat de grootte van de koolstofdeeltjes erg klein is, het is mogelijk om de door de Europese Commissie voorgestelde referentiewaarde van 1 nanogram estradiol - het fysiologisch meest effectieve oestrogeen - per liter drinkwater te halen. De verbeterde methode wordt gerapporteerd in Wateronderzoek .

Mensen voorzien van schoon water is wereldwijd een van de grootste uitdagingen van de 21e eeuw. Vaak, drinkwater is verontreinigd met microverontreinigingen. Onder hen zijn steroïde hormonen die worden gebruikt als medische stoffen en anticonceptiva. Hun concentratie in één liter water, waarin gezuiverd afvalwater wordt gevoerd, kan maar een paar nanogram zijn, maar deze kleine hoeveelheid kan al schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid en het milieu aantasten. Door de lage concentratie en kleine omvang van de moleculen, steroïde hormonen zijn niet alleen moeilijk te detecteren, maar ook moeilijk te verwijderen. Conventionele rioolwaterzuiveringstechnieken zijn niet voldoende.

Professor Andrea Iris Schäfer, hoofd van KIT's Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) en haar team hebben nu een innovatieve methode ontwikkeld voor de snelle en energiezuinige verwijdering van steroïdhormonen uit afvalwater. Hun technologie combineert een polymeermembraan met actieve kool. "Eerst, water wordt door een semipermeabel membraan geperst dat grotere onzuiverheden en micro-organismen elimineert, " legt Schäfer uit. "Dan, water stroomt door de laag koolstofdeeltjes erachter, die de hormoonmoleculen binden."

Bij IAMT, onderzoekers hebben dit proces samen met filterfabrikant Blücher GmbH verder ontwikkeld en verbeterd, Erkrath. Collega's van KIT's Institute of Functional Interfaces (IFG), Instituut voor Toegepaste Materialen (IAM), en de Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) ondersteunden deze verdere ontwikkeling door het materiaal te karakteriseren. Dit melden de wetenschappers in Wateronderzoek . "Onze technologie maakt het mogelijk om de door de Europese Commissie voorgestelde referentiewaarde van 1 nanogram estradiol per liter drinkwater te bereiken, ’ zegt de hoogleraar Water Process Engineering.

Deeltjesgrootte en zuurstofconcentratie zijn belangrijk

Wetenschappers bestudeerden de processen in de actieve koollaag in meer detail en gebruikten gemodificeerde koolstofdeeltjes (op polymeren gebaseerde sferische actieve kool - PBSAC). "Het hangt allemaal af van de diameter van de koolstofdeeltjes, Matteo Tagliavini van IAMT legt uit. Hij is de eerste auteur van de publicatie. "Hoe kleiner de deeltjesdiameter is, hoe groter het buitenoppervlak van de actieve koollaag die beschikbaar is voor adsorptie van hormoonmoleculen."

In een actieve koollaag van 2 mm dikte, de onderzoekers verkleinden de deeltjesdiameter van 640 naar 80 µm en slaagden erin om 96% van het oestradiol in het water te elimineren. Door de zuurstofconcentratie in de actieve kool te verhogen, adsorptiekinetiek werd verder verbeterd en een scheidingsefficiëntie van estradiol van meer dan 99% werd bereikt.

"De methode zorgt voor een hoog waterdebiet bij lage druk, is energiezuinig, en scheidt veel moleculen zonder schadelijke bijproducten te produceren. Het kan flexibel worden gebruikt in systemen van variabele grootte, van de kraan tot industriële installaties, ', zegt Schäfer.