Als antwoord op de stijgende waterschaarste, vooraanstaand Argonne National Laboratory-onderzoeker Seth Darling beschrijft de meest geavanceerde onderzoeksinnovaties die de wereldwijde toegankelijkheid van schoon water kunnen aanpakken. Zijn veelomvattende paper richt zich op het begrijpen en beheersen van de raakvlakken tussen materialen en water.

Interfaces bepalen de prestaties van technologieën zoals waterkwaliteitssensoren, filtratiemembranen en zelfs leidingen. De eigen laboratoria van Darling werken aan adsorbentia om de waterbehandeling vooruit te helpen. Hij presenteerde zijn bevindingen deze week in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

Adsorbentia

Adsorptie is een van de beste mechanismen voor het reinigen van water. In dit proces, verontreinigingen hechten aan het oppervlak van poreuze materialen om de oppervlakte-tot-volumeverhouding te maximaliseren.

Zeer poreuze actieve kool wordt het meest gebruikt omdat het overvloedig en goedkoop is. Zeolieten kunnen hele moleculen opsluiten in hun 3D kristallijne kooistructuren, waardoor ze selectief bepaalde verbindingen uit oplossingen op waterbasis kunnen binden. Op polymeer gebaseerde sorptiemiddelen hebben een bijna onbeperkte flexibiliteit in hun ontwerp.

"We zullen blijven vertrouwen [op] deze bewezen technologieën, " zei Darling. "Maar er is ook een dringende behoefte aan sorptiemiddelen die effectiever en energiezuiniger zijn."

Herbruikbaarheid

Herbruikbaarheid is een kritische maatstaf voor sorptiematerialen, die de kosten aanzienlijk kunnen verlagen en de duurzaamheid van een zuiveringsproces kunnen vergroten. Polymeerschuimsponzen zijn veelbelovende kandidaten voor deze aanpak.

Darling leidt een groep die de Oleo Sponge heeft gemaakt, die door de gehele waterkolom 90 keer zijn gewicht aan olie kan opnemen. Om de Oleo-spons te maken, de onderzoekers implementeerden een techniek die sequentiële infiltratiesynthese (SIS) wordt genoemd. Met behulp van SIS, ze groeiden metaaloxide in de schuimvezels om gewoon polyurethaanschuim te transformeren, gevonden in zitkussens, in een olie-adsorbens.

Het oxide dient als de "lijm" waaraan de olieminnende (oleofiele) moleculen zich hechten. Herbruikbare olie wordt gewonnen uit de spons, zodat het herhaaldelijk kan worden gebruikt.

Individuele verontreinigende stoffen aanpakken

Onderzoekers ontwerpen ook sorptiemiddelen van de volgende generatie die een hogere specificiteit hebben - meer bindend vermogen om individuele verontreinigende stoffen aan te pakken. Ideaal, onderzoekers zouden grensvlakeigenschappen kunnen aanpassen om specifieke moleculen te adsorberen om uitdagende waterverontreinigingen zoals voedingsstoffen en zware metalen op te vangen.

Onderzoekers onderzoeken nu hoe metaal-organische raamwerken (MOF's) opnieuw kunnen worden gebruikt, een materiaal dat al wordt gebruikt bij gassorptie, Voor dit doeleinde. gerelateerd aan zeolieten, MOF's bestaan ​​uit metaalionen of clusters gebonden door organische liganden. MOF's hebben een groot oppervlak, controleerbare structuren en afstembare poriën.

"We hebben een watercrisis, die gebaseerd is op een toenemende bevolking, verstedelijking en klimaatverstoring. En er is niet-duurzaam gebruik van ons water, Darling zei. "Een deel van de aanpak hiervan is door middel van beleidsoplossingen, maar we hebben ook nieuwe nodig, meer energie-efficiënte en kosteneffectievere technologieën."