Microverontreinigingen in water vormen al jaren een wereldwijd probleem. Ze kunnen niet met de gebruikelijke technieken eruit gefilterd worden. Daardoor is drinkwater vaak verontreinigd met bijvoorbeeld steroïde hormonen. Deze komen in het afvalwater terecht via medicijnen en voorbehoedsmiddelen die mensen innemen.
Het gaat om slechts om enkele nanogrammen per liter water. Toch kunnen deze stoffen zelfs in deze kleine hoeveelheid schadelijk zijn voor de gezondheid. Ze kunnen ook een impact hebben op het milieu. Tot nu toe waren ze echter moeilijk te detecteren. Dat komt vanwege hun lage concentratie en de kleine omvang van de moleculen. Bovendien kunnen ze niet met conventionele zuiveringstechnieken uit het water worden gefilterd.
Voldoet aan de richtlijn voor drinkwater van de Europese Commissie
Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben nu een innovatief filtratiesysteem ontwikkeld. Dat is een combinatie van een polymeermembraan met actieve koolstof. Dit systeem maakt gebruik van bijzonder kleine koolstofdeeltjes. Daardoor wordt de door de Europese Commissie voorgestelde richtwaarde van één nanogram oestradiol (de fysiologisch meest effectieve oestrogeen) per liter voor drinkwater bereikt.
Het innovatieve proces is door professor Andrea Iris Schäfer van het Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) en haar team ontwikkeld.
“Eerst wordt het water door het semi-permeabele membraan geperst. Dit filtert grotere onzuiverheden en micro-organismen eruit”, legt Schäfer uit. “Dan stroomt het water door de laag koolstofdeeltjes erachter, die de hormoonmoleculen binden.”
Lees ook: Microplastics uit afvalwater zuiveren
Onderzoekers van de IAMT hebben dit proces samen met de filterfabrikant Blücher GmbH in Erkrath ontwikkeld en verbeterd. Zij werden ondersteund door wetenschappers van het Institute for Functional Interfaces (IFG), het Institute for Applied Materials (IAM) en de Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) van het KIT.
Grootte van de partikels en zuurstofgehalte zijn bepalend
De onderzoekers hebben de processen op de actieve koollaag nader onderzocht. Ze hebben tevens gebruik gemaakt van polymeer-gebaseerde sferische actieve kool (PBSAC) deeltjes. “Het hangt af van de diameter van de koolstofdeeltjes”, legt Matteo Tagliavini van het IAMT uit, eerste auteur van de publicatie in het tijdschrift Water Research. “Hoe kleiner de deeltjesdiameter, hoe groter het buitenoppervlak van de actieve koolstoflaag dat beschikbaar is voor de adsorptie van de hormoonmoleculen”.
De onderzoekers verminderden de deeltjesdiameter in een twee millimeter dikke laag actieve koolstof van 640 tot 80 micrometer, waardoor ze 96 procent van het oestradiol in het water konden verwijderen. De volgende stap om de adsorptiekinetiek verder te verbeteren en meer dan 99 procent van het oestradiol te verwijderen werd bereikt door het zuurstofgehalte in de actieve kool te verhogen, leggen de wetenschappers uit.
“Het proces laat een hoge waterstroom bij lage druk toe, werkt energie-efficiënt, filtert veel moleculen eruit, genereert geen schadelijke bijproducten en kan flexibel worden gebruikt in apparaten van verschillende grootte. Van de waterkraan thuis tot industriële installaties”, aldus Schäfer.
Oorspronkelijke publikatie: Matteo Tagliavini, Peter Georg Weidler, Christian Njel, Julia Pohl; Dennis Richter, Bertram Böhringer, Andrea Iris Schäfer: Polymer-based spherical activated carbon – ultrafiltration (UF-PBSAC) for the adsorption of steroid hormones from water: material characteristics and process configuration. Water Research, 2020.
Abstract unter https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116249
Foto: KIT-onderzoekers hebben een filtratiesysteem ontwikkeld met minuscule koolstofdeeltjes die hormonen uit het drinkwater kunnen verwijderen. (Foto: Sandra Göttisheim, KIT)
