Microverontreinigingen in water zijn vaak hormonen die zich ophopen in het milieu en negatieve gevolgen kunnen hebben voor mens en dier. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en het Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM) in Leipzig hebben nu een proces ontwikkeld voor de fotokatalytische afbraak van deze verontreinigende stoffen wanneer ze door polymeermembranen stromen. Het wordt gepresenteerd in Nature Nanotechnology . Bestraling met licht brengt een chemische reactie teweeg, waardoor steroïdhormonen worden afgebroken op de met titaandioxide beklede membranen.

Overal waar mensen wonen, komen hormonen die gebruikt worden in bijvoorbeeld anticonceptie of landbouw in het afvalwater terecht. Steroïdhormonen, zoals geslachtshormonen en corticosteroïden, kunnen zich ophopen in het milieu en een nadelige invloed hebben op mens en dier, omdat ze de gedragsontwikkeling en vruchtbaarheid aantasten. Geslachtshormonen kunnen er bijvoorbeeld voor zorgen dat mannelijke vissen vrouwelijke geslachtskenmerken ontwikkelen. Het is daarom belangrijk om hormonen, samen met andere microverontreinigingen, uit het afvalwater te verwijderen voordat ze weer in de natuurlijke waterkringloop komen, waaruit drinkwater wordt gewonnen. "Mensen voorzien van schoon drinkwater is momenteel een van de belangrijkste uitdagingen wereldwijd", zegt professor Andrea Iris Schäfer, hoofd van KIT's Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT). "Microverontreinigingen vormen een grote bedreiging voor onze toekomst, omdat ze onze vruchtbaarheid en hersenfunctie aantasten."

Geïnspireerd door zonneceltechnologie

Al jaren bestudeert Schäfer waterverwerking door nanofiltratie. Hiervoor gebruikt ze polymeermembranen met poriën ter grootte van nanometers. Nanofiltratie vereist echter hoge druk en dus veel energie. Bovendien kunnen microverontreinigingen zich ophopen in de polymeermembraanmaterialen en geleidelijk in het gefilterde water terechtkomen. Zelfs als de verontreinigende stoffen volledig worden gescheiden, kan zich een stroom van geconcentreerde verontreinigende stoffen ontwikkelen die verdere behandeling vereisen.

Geïnspireerd door zonneceltechnologie, het werkveld van professor Bryce S. Richards van het KIT, kwam Schäfer op het idee om polymeermembranen te coaten met titaniumdioxide en om fotokatalytische membranen te ontwerpen. Fotokatalytisch actieve titaandioxide-nanodeeltjes worden toegepast op microfiltratiemembranen, waarvan de poriën iets groter zijn dan bij nanofiltratie. Bestraling met licht brengt dan een chemische reactie teweeg, waardoor steroïdhormonen op de membranen worden afgebroken. Samen met haar team bij IAMT en collega's van het Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM), Leipzig, heeft Schäfer nu haar idee gerealiseerd en de nieuwe technologie gepresenteerd in Nature Nanotechnology .

Katalysator voor water

"We hebben een katalysator voor water ontwikkeld", vat Schäfer haar werk samen. Met behulp van de fotokatalytische polymeermembranen werden steroïdhormonen verwijderd in de continue stroommodus tot de analytische detectielimiet van 4 ng/l. In feite lagen de gemeten concentraties zeer dicht bij 1 ng/l, de limiet die wordt vermeld in de nieuwe Drinkwaterrichtlijn van de WHO. De onderzoekers optimaliseren nu hun technologie door de benodigde tijd en het energieverbruik te verminderen. Bovendien ligt hun focus op het gebruik van natuurlijk licht. Hun onderzoek is met name gericht op het afbreken van andere verontreinigende stoffen door fotokatalyse, zoals industriële chemicaliën zoals perfluor-gealkyleerde en polyfluorhoudende stoffen (PFAS) of pesticiden, zoals glyfosaat. Een ander doel is om de technologie op te schalen. + Verder verkennen

Waterbehandeling:hormonen verwijderen met zonlicht