Ett membran som består av blockpolymerer har de anpassningsbara och enhetliga porstorlekarna som behövs för att filtrera eller återvinna vissa ämnen från avloppsvatten, forskare säger i en recension publicerad i npj Rent vatten .

Vissa delar av världen har ett ökande behov av att generera dricksvatten från avloppsvatten på grund av alltför stora kemikalieutsläpp i typiska vattenkällor eller brist på nederbörd. Forskare från Purdue University och University of Notre Dame tror att ett blockpolymermembran inte bara kan förbättra avsaltning och filtrering av avloppsvatten, men skulle också kunna användas i kommande hybridvattenbehandlingsprocesser som samtidigt återvinner ämnen för andra ändamål.

"Nuvarande nanofiltreringsmembran som används för avsaltning tenderar att separera saker baserat på storlek och elektrostatiska interaktioner, men inte kemisk identitet, " sa Bryan Boudouris, Purdues Robert och Sally Weist docent i kemiteknik. "Om vi ​​skräddarsyr rätt membran till rätt applikation till att börja med, då används mindre energi."

Ett problem med nanofiltreringsmembran är oregelbundna porstorlekar som tenderar att släppa in för mycket av ett ämne i det filtrerade vattnet. På grund av starka kovalenta bindningar som binder samman blocken av olika polymerer i ett blockpolymermembran, hål i nanoskala i motsats till makroskaliga hål bildas mellan polymererna. Detta resulterar i ett tätare mönster av mindre porer av samma storlek genom hela membranet, som ingenjörer kan justera för att förbjuda inträde av en mängd olika partiklar.

Blockpolymerer tar också upp det faktum att olika ämnen reagerar olika på membran på grund av kemiska egenskaper. Ändring av det tredje blocket, som kantar insidan av en poröppning, attraherar vissa molekyler framför andra.

"Det tredje blocket är något vi kan kontrollera ganska bra och, förhoppningsvis, som i slutändan styr avstötningen eller absorptionen av saker i vattnet eller vätskan som du vill ta bort, sa David Corti, Purdue professor i kemiteknik.

Möjligheten att anpassa porstorlek och kemi innebär att blockpolymermembran mer effektivt kan återvinna värdefulla resurser, som guld och silver, och tungmetaller som bör kasseras på ett särskilt sätt eller samlas in för andra ändamål, sa Boudouris.

Därvid, membranen skulle vara idealiska för eventuella hybridvattenbehandlingsprocesser, som avsaltar vatten samt återvinner näringsämnen och fångar upp metaller.

"I framtida hybridprocesser, ett avsaltningssteg kan vara ett sista slutsteg för att producera dricksvatten efter att flera uppströmssteg har använts för att återvinna material eller energi från en ström av avloppsvatten, sa William Philip, University of Notre Dame docent i kemi- och biomolekylär teknik.

Även om blockpolymermembran skulle vara något dyrare att tillverka än nanofiltreringsmembran, deras motståndskraft och förmåga att minska kemikaliekraven för membranrengöring innebär mindre kapitalinvesteringar och miljöpåverkan.

"Om potentialen hos blockpolymermembran för avsaltningstillämpningar kan realiseras, och dessa membran är mer selektiva och mer motståndskraftiga än nuvarande toppmoderna avsaltningsmembran, deras ökade kostnader skulle kunna kompenseras av förmågan att minska drifts- och kapitalkostnaderna för avsaltning, " sa Philip.

Multifunktionaliteten hos en blockpolymer är inte begränsad till vattenbehandlingsanläggningar; Backpackers kan också använda dessa membran under vandringsutflykter.

"Filter som används av backpackers är utrustade med en mängd olika typer av storleksselektiva membran, så att blockpolymerfilmer kan användas som potentiella ersättningar, " sa Philip.