Un nou filtru de apă poate elimina ionii de metale grele toxice și substanțele radioactive într-o singură trecere.

Membrana filtrantă este un hibrid de două materiale ieftine: fibre proteice din zer și cărbune activ. Tehnologia simplă depășește mai multe dezavantaje ale metodelor existente, care sunt de obicei scumpe și pot elimina doar un anumit element sau au o capacitate de filtrare foarte mică.

„Proiectul este unul dintre cele mai importante lucruri pe care le-aș fi putut face vreodată”, spune Raffaele Mezzenga, profesor de produse alimentare și materiale moi la ETH Zurich. El și colegul Sreenath Bolisetty descriu tehnologia în jurnal Natură Nanotehnologia.

În centrul sistemului de filtrare se află un nou tip de membrană hibridă formată din cărbune activ și fibre de proteine ​​din zer rigide și dure. Cele două componente sunt ieftine și ușor de produs.

Proteinele din zer sunt denaturate, ceea ce le face să se întindă și, în cele din urmă, se reunesc sub formă de fibrile amiloide. Împreună cu cărbunele activ, aceste fibre sunt aplicate pe un material de substrat adecvat, cum ar fi o hârtie de filtru de celuloză. Conținutul de carbon este de 98%, cu doar 2% alcătuit din proteine.

Recuperează aur valoros

Această membrană hibridă absoarbe diferite metale grele într-o manieră nespecifică, inclusiv elemente relevante din punct de vedere industrial, cum ar fi plumb, mercur, aur și paladiu. Cu toate acestea, absoarbe și substanțe radioactive, cum ar fi uraniul sau fosforul-32, care sunt relevante în deșeurile nucleare sau, respectiv, în anumite terapii împotriva cancerului.

Membrana elimină, de asemenea, cianurile metalice extrem de toxice din apă. Această clasă de materiale include cianura de aur, care este utilizată în mod obișnuit în industria electronică pentru a produce piste conductoare pe plăci de circuite.

Membrana oferă un mod simplu de filtrare și recuperare a aurului, astfel sistemul de filtrare ar putea juca într-o zi un rol important și în reciclarea aurului.

„Profitul generat de aurul recuperat este de peste 200 de ori costul membranei hibride”, spune Mezzenga.

Abordarea Noastră

Procesul de filtrare este extrem de simplu: apa contaminată este aspirată prin membrană prin vid.

„Un vid suficient de puternic ar putea fi produs cu o pompă manuală simplă”, spune Mezzenga, „care ar permite funcționarea sistemului fără electricitate”.

Sistemul este aproape infinit scalabil, ceea ce îl face eficient din punct de vedere al costului pentru a filera volume mari de apă.

Pe măsură ce substanțele toxice sunt trase prin filtru, acestea se „lipesc” în primul rând de fibrele proteice, care au numeroase situri de legare unde ionii metalici individuali se pot andoca. Cu toate acestea, suprafața mare a cărbunelui activ poate absorbi, de asemenea, cantități mari de toxine, ceea ce întârzie saturația membranelor.

În plus, fibrele proteice conferă rezistență mecanică membranei și la temperaturi ridicate permit transformarea chimică a ionilor prinși în nanoparticule metalice valoroase.

Capacitate foarte mare

Mezzenga este entuziasmat de capacitatea filtrului membranei hibride. În testele cu clorură de mercur, de exemplu, concentrația de mercur prezentă în filtrat a scăzut cu peste 99.5%.

Eficiența a fost chiar mai mare cu un compus toxic de cianură de aur de potasiu, unde 99.98% din compus a fost legat de membrană sau cu săruri de plumb, unde eficiența a fost mai mare de 99.97%. Și cu uraniu radioactiv, 99.4% din concentrația inițială a fost legată în timpul filtrării.

„Am atins aceste valori mari într-o singură trecere”, spune Bolisetty.

Chiar și în mai multe treceri, membrana hibridă filtrează substanțele toxice cu un grad ridicat de fiabilitate. Deși concentrația de mercur din filtrat a crescut cu un factor de 10 de la 0.4 ppm (părți la milioane) la 4.2 ppm după 10 treceri, cantitatea de proteină utilizată a fost extrem de scăzută.

Pentru a filtra o jumătate de litru de apă contaminată, cercetătorii au folosit o membrană care cântărește doar o zecime dintr-un gram, din care 10% din greutate era alcătuită din fibre proteice.

„Un kilogram de proteine ​​din zer ar fi suficient pentru a purifica 90,000 de litri de apă”, spune Mezzenga.

Acest lucru sugerează că eficiența poate fi crescută prin adăugarea unui conținut mai mare de proteine ​​în membrană, adaugă el, subliniind flexibilitatea acestei noi abordări.

Mezzenga, care a brevetat tehnologia, este încrezător că filtrul își va găsi drumul pe piață.

"Există numeroase aplicații pentru aceasta, iar apa este una dintre cele mai presante probleme cu care ne confruntăm astăzi", adaugă el.

Sursa: Zurich ETH

Carte înrudită:

at InnerSelf Market și Amazon