Een saffierkleurige kleurstof, methyleenblauw genaamd, is een veelgebruikt ingrediënt in afvalwater van textielfabrieken.

Maar wetenschappers van de Universiteit van Buffalo denken dat het mogelijk is om deze industriële verontreinigende stof een tweede leven te geven. In een nieuwe studie, ze laten zien dat de kleurstof, wanneer opgelost in water, is goed in het opslaan en vrijgeven van energie op commando.

Dit maakt de verbinding een veelbelovend kandidaatmateriaal voor redoxflow-batterijen - grote, oplaadbare, op vloeistof gebaseerde batterijen die toekomstige windparken en zonne-energiewoningen in staat zouden kunnen stellen om elektriciteit op te slaan voor kalme of regenachtige dagen.

Het onderzoek verscheen op 13 augustus online in het tijdschrift ChemElektroChem .

"Methyleenblauw is een veelgebruikte kleurstof. Het kan schadelijk zijn voor de gezondheid, dus het is niet iets dat je in het milieu wilt dumpen zonder het te behandelen, " zegt hoofdonderzoeker Timothy Cook, doctoraat, assistent-professor scheikunde aan de UB College of Arts and Sciences. "Er is veel werk verricht aan manieren om methyleenblauw uit water te halen, maar het probleem met veel van deze methoden is dat ze duur zijn en andere soorten afvalproducten opleveren."

"Maar wat als in plaats van alleen het water op te ruimen, zouden we een nieuwe manier kunnen vinden om het te gebruiken? Dat is wat dit project echt motiveerde, " zegt eerste auteur Anjula Kosswattaarachchi, een UB Ph.D. student scheikunde.

Methyleenblauw en afvalwater upcyclen?

De studie is slechts de eerste stap om te beoordelen hoe en of methyleenblauw uit industrieel afvalwater kan worden gebruikt in batterijen.

"Om dit praktisch te maken, we zouden het kostbare proces van het extraheren van de kleurstof uit het water moeten vermijden, Cook zegt. "Een van de dingen waarin we geïnteresseerd zijn, is of er een manier is om het afvalwater zelf letterlijk te hergebruiken.

"Bij het maken van textiel, er zitten zouten in het afvalwater. Gebruikelijk, om een ​​redoxflow-batterij te laten werken, je moet zout toevoegen als ondersteunende elektrolyt, dus het zout in afvalwater kan een ingebouwde oplossing zijn. Dit is allemaal speculatief op dit moment:we weten niet of het zal werken omdat we het nog niet hebben getest."

Wat Cook en Kosswattaarachchi tot nu toe hebben aangetoond, is dat methyleenblauw goed is in belangrijke taken die verband houden met energieopslag. Bij experimenten, de wetenschappers bouwden twee eenvoudige batterijen die de kleurstof gebruikten - opgelost in zout water - om te vangen, elektronen opslaan en vrijgeven (allemaal cruciale taken in het leven van een energiecel).

De eerste batterij die de onderzoekers maakten, werkte met bijna perfecte efficiëntie toen hij 50 keer werd opgeladen en leeggemaakt:alle elektrische energie die de wetenschappers erin stopten, ze zijn er ook uitgekomen voor het grootste gedeelte.

Overuren, echter, de capaciteit van de batterij om energie op te slaan daalde toen moleculen van methyleenblauw vast kwamen te zitten op een membraan dat cruciaal is voor de goede werking van het apparaat.

Het kiezen van een nieuw membraanmateriaal loste dit probleem op in de tweede batterij van de wetenschappers. Dit apparaat behield de bijna perfecte efficiëntie van het eerste model, maar had geen noemenswaardige daling van de energieopslagcapaciteit gedurende 12 laad- en ontlaadcycli.

De resultaten betekenen dat methyleenblauw een levensvatbaar materiaal is voor vloeibare batterijen. Met dit vastgesteld, het team hoopt het onderzoek nog een stap verder te brengen door echt afvalwater te halen uit een textielfabriek die de kleurstof gebruikt.

"We willen het afvalwater verdampen tot een meer geconcentreerde oplossing die het methyleenblauw en de zouten bevat, die dan direct in een batterij kan worden getest, ' zegt Kok.

In de textielindustrie van Sri Lanka, een persoonlijke band met de studie

Het project is belangrijk voor Kosswattaarachchi vanuit een persoonlijk standpunt:alvorens naar UB te komen, ze werkte in textiel, ontwikkeling van nieuwe weefseltechnologieën voor het Sri Lanka Institute of Nanotechnology (SLINTEC).

Textiel is een van de belangrijkste economische sectoren van het land, en de industrie creëert veel banen. Maar vervuiling is een keerzijde, met afvalwater een zorg voor het milieu.

"We zijn van mening dat dit werk de weg kan banen voor een alternatieve route voor afvalwaterbeheer, het pad effenen naar een technologie voor de opslag van groene energie, ' zegt Kosswattaarachchi.