Australische onderzoekers hebben een snel nanofilter ontworpen dat vuil water meer dan 100 keer sneller kan reinigen dan de huidige technologie.

Eenvoudig te maken en eenvoudig op te schalen, de technologie maakt gebruik van natuurlijk voorkomende nanostructuren die op vloeibare metalen groeien.

De onderzoekers van de RMIT University en University of New South Wales (UNSW) achter de innovatie hebben aangetoond dat het zowel zware metalen als oliën met buitengewone snelheid uit water kan filteren.

RMIT-onderzoeker Dr. Ali Zavabeti zei dat waterverontreiniging wereldwijd een grote uitdaging blijft:1 op de 9 mensen heeft geen schoon water in de buurt van huis.

"Contaminatie met zware metalen veroorzaakt ernstige gezondheidsproblemen en kinderen zijn bijzonder kwetsbaar, ' zei Zavabeti.

"Ons nieuwe nanofilter is duurzaam, milieuvriendelijk, schaalbaar en lage kosten.

"We hebben aangetoond dat het werkt om lood en olie uit water te verwijderen, maar we weten ook dat het de potentie heeft om andere veelvoorkomende verontreinigingen aan te pakken.

"Eerder onderzoek heeft al aangetoond dat de materialen die we gebruikten effectief zijn in het absorberen van verontreinigingen zoals kwik, sulfaten en fosfaten.

"Met verdere ontwikkeling en commerciële ondersteuning, dit nieuwe nanofilter zou een goedkope en ultrasnelle oplossing kunnen zijn voor het probleem van vuil water."

Het door de onderzoekers ontwikkelde vloeibare metaalchemieproces heeft potentiële toepassingen in een reeks industrieën, waaronder elektronica, membranen, optica en katalyse.

"De techniek is potentieel van grote industriële waarde, omdat het gemakkelijk kan worden opgeschaald, het vloeibare metaal kan worden hergebruikt, en het proces vereist slechts korte reactietijden en lage temperaturen, ' zei Zavabeti.

Projectleider Professor Kourosh Kalantar-zadeh, Honorair hoogleraar bij RMIT, Australian Research Council Laureate Fellow en hoogleraar Chemical Engineering aan de UNSW, zei dat de vloeibare metaalchemie die in het proces werd gebruikt het mogelijk maakte om verschillend gevormde nanostructuren te laten groeien, hetzij als de atomair dunne platen die worden gebruikt voor het nanofilter, hetzij als nanovezelstructuren.

"Het conventioneel telen van deze materialen is energie-intensief, vereist hoge temperaturen, lange verwerkingstijden en maakt gebruik van giftige metalen. Vloeibare metaalchemie vermijdt al deze problemen, dus het is een uitstekend alternatief."

Hoe het werkt

De baanbrekende technologie is duurzaam, milieuvriendelijk, schaalbaar en goedkoop.

De onderzoekers creëerden een legering door op gallium gebaseerde vloeibare metalen te combineren met aluminium.

Wanneer deze legering wordt blootgesteld aan water, nanodunne platen van aluminiumoxideverbindingen groeien van nature op het oppervlak.

Deze atomair dunne lagen - 100, 000 keer dunner dan een mensenhaar - stapel op een gerimpelde manier, waardoor ze zeer poreus zijn.

Hierdoor kan water snel doorstromen terwijl de aluminiumoxideverbindingen de verontreinigingen absorberen.

Experimenten toonden aan dat het nanofilter gemaakt van gestapelde atomair dunne vellen efficiënt was in het verwijderen van lood uit water dat was verontreinigd met meer dan 13 keer veilige drinkniveaus, en was zeer effectief in het scheiden van olie van water.

Het proces genereert geen afval en vereist alleen aluminium en water, waarbij de vloeibare metalen hergebruikt worden voor elke nieuwe batch nanostructuren.

De door de onderzoekers ontwikkelde methode kan worden gebruikt om nanogestructureerde materialen te kweken als ultradunne platen en ook als nanovezels.

Deze verschillende vormen hebben verschillende kenmerken:de ultradunne platen die in de nanofilterexperimenten worden gebruikt, hebben een hoge mechanische stijfheid, terwijl de nanovezels zeer doorschijnend zijn.

Het vermogen om materialen met verschillende eigenschappen te laten groeien, biedt mogelijkheden om de vormen aan te passen om hun verschillende eigenschappen te verbeteren voor toepassingen in de elektronica, membranen, optica en katalyse.

Het onderzoek wordt gefinancierd door het Australian Research Council Centre for Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET).

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .