Onderzoekers in Zweden hebben een milieuvriendelijkere manier ontwikkeld om zware metalen te verwijderen, kleurstoffen en andere verontreinigende stoffen uit water. Het antwoord ligt in het filteren van afvalwater met een gelmateriaal uit plantaardige cellulose en verrijkt met kleine koolstofstippen geproduceerd in een magnetron.

Rapporteren in het journaal Duurzame marials en technologieën , onderzoekers van KTH Royal Institute of Technology, in samenwerking met Politecnico di Torino, een duurzamere techniek ontwikkeld voor het produceren van hydrogelcomposieten, een type materiaal dat grondig wordt bestudeerd voor de sanering van afvalwater.

Minna Hakkarainen, die de afdeling Polymer Technology leidt aan het KTH Royal Institute of Technology, zegt dat de hydrogels verontreinigingen zoals zware metaalionen verwijderen, kleurstoffen en andere veel voorkomende verontreinigende stoffen.

"De totale hoeveelheid water op aarde verandert niet met de tijd, maar de vraag wel, " zegt ze. "Deze hydrogels van volledig lignocellulose bieden een veelbelovende, duurzame oplossing om de toegang tot schoon water te verzekeren."

De hydrogelcomposieten kunnen gemaakt zijn van 100 procent lignocellulose, of plantaardig materiaal - de meest voorkomende biobron op aarde, ze zegt.

Een ingrediënt is cellulosegom (carboxymethylcellulose, of CMC), een verdikkingsmiddel en emulsie, gewoonlijk afgeleid van bijproducten van houtpulp of katoenverwerking en gebruikt in verschillende voedingsproducten, inclusief ijs. Toegevoegd aan de hydrogel zijn grafeenoxide-achtige koolstofstippen die zijn gesynthetiseerd uit biomassa met behulp van microgolfwarmte. De hydrogelcomposieten worden vervolgens uitgehard met UV-licht, een mild proces dat plaatsvindt in water bij kamertemperatuur.

Hydrogels bestaan ​​uit een netwerk van polymeerketens die niet alleen water absorberen, maar verzamel ook moleculen en ionen door middel van elektrostatische interacties - een proces dat bekend staat als adsorptie. Hakkarainen zegt dat het nieuwe proces ook de stabiliteit van de hydrogelcomposieten versterkt, zodat ze langer meegaan dan gewone hydrogels voor herhaalde cycli van waterzuivering.

Grafeenoxide is een favoriete toevoeging aan deze mix geworden, vanwege zijn hoge adsorptiecapaciteit, maar de milieukosten van de productie van grafeenoxide zijn hoog.

"Grafeenoxide is een geweldig adsorbens, maar het productieproces is hard, " zegt ze. "Onze route is gebaseerd op gangbare biogebaseerde grondstoffen en aanzienlijk mildere processen met minder impact op het milieu."

Grafeen is afgeleid van grafiet, een kristallijne vorm van koolstof die de meeste mensen zouden herkennen als de "lood" in potloden. In geoxideerde vorm kan het worden gebruikt in hydrogels, maar het oxidatieproces vereist agressieve chemicaliën en omstandigheden. Het synthetiseren van grafeen uit biomassa vereist vaak temperaturen tot 1300C.

Daarentegen, vonden de onderzoekers van KTH een manier om biomassa bij veel lagere temperaturen te carboniseren. Ze verminderden natriumlignosulfaat, een bijproduct van houtpulp, in koolstofvlokken door het in water in een magnetron te verwarmen. Het water wordt op 240C gebracht, en het wordt gedurende twee uur op die temperatuur gehouden.

Uiteindelijk produceerden ze na een oxidatieproces koolstofstippen van ongeveer 10 tot 80 nanometer in diameter, die vervolgens worden gemengd met het methacrylaat CMC en behandeld met UV-licht om de hydrogel te vormen.

"Dit is een eenvoudige duurzaam systeem, "zegt Hakkarainen. "Het werkt ook, zo niet beter, dan hydrogelsystemen die momenteel in gebruik zijn."