Microverontreinigingen belasten onze waterlopen aanzienlijk, maar om ze uit het afvalwater te verwijderen, zijn aanzienlijke technische middelen nodig. Nutsvoorzieningen, ETH-onderzoekers hebben een aanpak ontwikkeld die de efficiënte verwijdering van deze problematische stoffen mogelijk maakt.

In ons dagelijks leven, we gebruiken allemaal een veelheid aan chemische stoffen, inclusief cosmetica, medicijnen, anticonceptiepillen, plantenmest en wasmiddelen - die allemaal helpen om ons leven gemakkelijker te maken. Echter, het gebruik van dergelijke producten een nadelig effect heeft op het milieu, omdat veel ervan niet volledig uit het afvalwater van de huidige waterzuiveringsinstallaties kunnen worden verwijderd. Als microverontreinigingen, ze komen uiteindelijk in het milieu terecht, waar ze de fauna en flora in onze waterlopen belasten.

In het kader van een herziening van de Wet waterbescherming, Het parlement heeft daarom in 2014 besloten om in 2040 geselecteerde waterzuiveringsinstallaties een extra zuiveringsstap te geven met het oog op het verwijderen van microverontreinigingen. Hoewel de financiering hiervoor in principe is veiliggesteld, het project vormt een uitdaging voor exploitanten van installaties omdat het alleen mogelijk is om de kritische stoffen te verwijderen met behulp van complexe procedures, die doorgaans gebaseerd zijn op ozon, actieve kool of licht.

Nanodeeltjes helpen afbraak

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Institute of Robotics and Intelligent Systems van ETH Zürich hebben een elegante aanpak ontwikkeld waarmee deze stoffen gemakkelijker kunnen worden verwijderd. Met behulp van multiferroïsche nanodeeltjes, ze zijn erin geslaagd om de afbraak van chemische residuen in verontreinigd water teweeg te brengen. Hier, de nanodeeltjes zijn niet direct betrokken bij de chemische reactie, maar werken eerder als katalysator, het versnellen van de omzetting van de stoffen in onschadelijke verbindingen.

"Nanodeeltjes zoals deze worden al gebruikt als katalysator in chemische reacties in tal van industriële gebieden, " legt Salvador Pané uit, die in zijn hoedanigheid als Senior Scientist een sleutelrol heeft gespeeld bij het bevorderen van dit onderzoek. "Nutsvoorzieningen, we hebben laten zien dat ze ook nuttig kunnen zijn voor afvalwaterzuivering."

Een reductie van 80 procent

Voor hun experimenten, de onderzoekers gebruikten waterige oplossingen die sporenhoeveelheden van vijf veel voorkomende medicijnen bevatten. De experimenten bevestigden dat de nanodeeltjes de concentratie van deze stoffen in het water met minstens 80 procent kunnen verminderen. Fajer Mushtaq, een doctoraatsstudent in de groep, onderstreept het belang van deze resultaten:"Deze stoffen bevatten ook twee verbindingen die niet kunnen worden verwijderd met de conventionele op ozon gebaseerde methode."

"Opmerkelijk, we zijn in staat om de katalytische output van de nanodeeltjes nauwkeurig af te stemmen met behulp van magnetische velden, " legt Xiangzhong Chen uit, een postdoc die ook meewerkte aan het project. De deeltjes hebben een kobaltferrietkern omgeven door een bismutferrietschil. Als een extern wisselend magnetisch veld wordt aangelegd, sommige gebieden van het deeltjesoppervlak nemen positieve elektrische ladingen aan, terwijl andere negatief geladen worden. Deze ladingen leiden tot de vorming van reactieve zuurstofsoorten in water, die de organische verontreinigende stoffen afbreken tot onschadelijke verbindingen. De magnetische nanodeeltjes kunnen vervolgens eenvoudig uit het water worden verwijderd met behulp van een magnetisch veld, zegt Chen.

Positieve reacties uit de industrie

De onderzoekers zijn van mening dat de nieuwe aanpak veelbelovend is, daarbij verwijzend naar de eenvoudigere technische implementatie dan die van afvalwaterzuivering op basis van ozon, bijvoorbeeld. "De afvalwaterindustrie is erg geïnteresseerd in onze bevindingen, ' zegt Pané.

Echter, het zal nog enige tijd duren voordat de methode in de praktijk kan worden toegepast, omdat het tot nu toe alleen in het laboratorium is onderzocht. In ieder geval, Mushtaq zegt dat er al goedkeuring is gegeven voor een BRIDGE-project dat gezamenlijk wordt gefinancierd door de Zwitserse National Science Foundation en Innosuisse, met als doel de overdracht van de methode naar praktische toepassingen te ondersteunen. In aanvulling, er zijn al plannen om een ​​spin-off bedrijf op te richten, waarin de onderzoekers hun idee willen uitwerken tot marktrijpheid.