Organische verontreinigende stoffen zoals geneesmiddelen, pesticiden, en hormonen, zelfs bij concentraties op nanoschaal, drinkwater verontreinigen op een manier die aanzienlijke risico's voor de mens met zich meebrengt, dieren en het milieu. Vooral, de steroïde hormonen oestron, estradiol, progesteron, en testosteron kan biologische schade veroorzaken bij mensen en dieren in het wild. De Europese Unie heeft daarom strikte minimumkwaliteitsnormen vastgesteld voor veilig en schoon drinkwater, waarmee ook rekening moet worden gehouden bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën voor waterbehandeling.

"De uitdaging voor de wetenschap is om gevoeligere methoden te ontwikkelen om de hormoonmoleculen aan te pakken, " zegt professor Andrea Iris Schäfer, hoofd van het Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) bij het KIT. Het grootste probleem is dat steroïde hormonen erg moeilijk te detecteren zijn in water. "Er is één hormoonmolecuul voor elke triljoen watermoleculen. Dit is een extreem lage concentratie, " legt de deskundige uit.

Met conventionele waterbehandelingstechnologieën, afvalwaterzuiveringsinstallaties kunnen microverontreinigingen niet vinden of verwijderen. Onderzoekers van de IAMT en het KIT Institute of Microstructure Technology (IMT) werken daarom aan nieuwe methoden om niet alleen microverontreinigingen op te sporen en te meten, maar verwijder ze ook. een nieuwe, fotokatalytisch proces blijkt veelbelovend te zijn. De wetenschappers bedekten een commercieel verkrijgbaar polymeermembraan met grote poriën met Pd(II)-porfyrine, een palladiumhoudende, lichtgevoelig molecuul dat zichtbare straling kan absorberen. Blootstelling aan straling met gesimuleerd zonlicht zet een chemisch proces in gang dat zogenaamde singlet-zuurstof produceert, een zeer reactieve zuurstofsoort. De singlet-zuurstof 'valt' specifiek de hormoonmoleculen aan en zet ze om in potentieel veilige oxidatieproducten. "Het is cruciaal dat we het oppervlak van elke porie bedekken met het fotosensibiliserende molecuul, het vergroten van het aanvalsoppervlak, " legt Roman Lyubimenko uit, een wetenschapper bij IAMT en IMT.

De chemische afbraak van steroïdhormonen en de filtratie van andere microverontreinigingen kan in één module worden gerealiseerd. Met dit proces, filteren van 60 tot 600 liter water per vierkante meter membraan is mogelijk in één uur. De wetenschappers waren in staat om de concentratie van estradiol te verlagen, het biologisch meest actieve steroïde hormoon, met 98 procent van 100 naar 2 nanogram per liter. "Dit betekent dat we al heel dicht bij de EU-streefwaarde van één nanogram per liter zitten, " benadrukt Schäfer. Het volgende doel van het onderzoeksteam is om het fotokatalytische proces verder te optimaliseren en op grotere schaal over te brengen. Openstaande kwesties zijn om uit te zoeken hoeveel lichtintensiteit en hoeveel porfyrine nodig zal zijn en of het kostbare palladium uit de platinagroep metalen kan worden vervangen door andere metalen.