Microverontreinigingen in drinkwater kunnen schadelijk zijn voor onze gezondheid. Zelfs in zeer kleine hoeveelheden. Er zijn al heel wat manieren zijn om microplastics – althans gedeeltelijk – uit water te verwijderen. Dat geldt echter niet voor residuen van farmaceutische producten, pesticiden, hormonen en andere chemicaliën. Er zijn nog geen schaalbare technologieën die deze efficiënt kunnen verwijderen.
Deze organische verontreinigende stoffen kunnen echter niet alleen schadelijk zijn voor de mens. Ze vormen ook een aanzienlijk risico voor dieren en het milieu. Met name de steroïdhormonen oestron, oestradiol, progesteron en testosteron kunnen ernstige schade toebrengen aan zowel mensen als in het wild levende dieren. Daarom heeft de Europese Unie strikte minimumkwaliteitsnormen voor drinkwater vastgesteld.
Extreem lage concentratie
Wetenschappers van het Leibniz-Institut für Katalyse in het Duitse Rostock proberen het probleem met licht en ozon op te lossen (Zie ook het eerdere bericht van IO: Met zonlicht en ozon rioolwater zuiveren van organisch afval). Onderzoekers van het Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hebben nu een ander chemisch proces ontwikkeld dat hormonen uit water kan filteren. Het werkt door middel van fotokatalyse. Het zet de verontreinigende stoffen om in potentieel veilige oxidatieproducten.
“De uitdaging voor de wetenschap is om gevoeliger methoden te ontwikkelen om de hormoonmoleculen te elimineren”, zegt Andrea Iris Schäfer, hoofd van het Instituut voor Geavanceerde Membraantechnologie (IAMT) van het KIT. Het grote probleem hierbij is echter dat deze steroïdhormonen zeer moeilijk in water op te sporen zijn. “Er is één hormoonmolecule per triljoen watermoleculen. Dat is een extreem lage concentratie,” legt de deskundige uit.
Kunstmatig zonlicht
De conventionele waterzuiveringstechnologieën in afvalwaterzuiveringsinstallaties zijn tot dusver niet in staat geweest deze microverontreinigingen op te sporen of te meten. Het fotokatalytische proces dat door de onderzoekers van het IAMT en het KIT-instituut voor microstructuurtechnologie (IMT) is ontwikkeld, bleek veelbelovend bij de eerste tests.
Voor deze methode bekleedden de wetenschappers een conventioneel polymeermembraan met grote poriën met een palladiumbevattende, lichtgevoelige molecule (Pd(II) porfyrine). Het membraam kan zichtbare stralen absorberen. Vervolgens bestraalden zij het met kunstmatig zonlicht. Daardoor ontstond in een chemisch proces zogenaamde singletzuurstof. Dat is een zeer reactieve zuurstofsoort. Hierdoor worden de hormoonmoleculen omgezet in potentieel veilige oxidatieproducten.
Chemische afbraak
“Van cruciaal belang is dat we het oppervlak van elke porie hebben gecoat met het fotosensibilisatormolecuul, waardoor het aanvalsoppervlak wordt vergroot”, aldus Roman Lyubimenko, wetenschapper bij het IAMT en IMT. De chemische afbraak van steroïdhormonen en de filtratie van andere microverontreinigingen zouden zo in één module kunnen worden gerealiseerd, leggen de onderzoekers uit. Het nieuwe procédé kan in één uur tussen 60 en 600 liter water per vierkante meter membraan filteren. Daarbij kon de concentratie van estradiol, het biologisch meest actieve steroïdhormoon, met 98 procent worden teruggebracht van 100 tot 2 nanogram per liter.
“Dit betekent dat we al heel dicht bij de EU-streefwaarde van één nanogram per liter zitten,” benadrukt Schäfer. Vervolgens willen de wetenschappers het fotokatalytische proces verder optimaliseren en overbrengen naar een grotere schaal en open vragen beantwoorden. Het gaat onder meer om de vereiste lichtintensiteit, de hoeveelheid porfyrine die voor het proces nodig is en de vraag of het dure palladium kan worden vervangen door andere metalen.
De bevindingen van deze studie zijn gepubliceerd in het vaktijdschrift Applied Catalysis B: Environmental.
Foto: Inbrengen van het fotokatalytisch membraan in de membraanreactor. (Foto: Markus Breig, KIT)
Ook interessant: Water ontsmetten met ozon in plaats van chloor of UV-stralen
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
