Rice University forskare utvecklar teknik för att ta bort föroreningar från vatten - men bara så många som behövs.

Ingenjören Qilin Li's rislabb bygger ett reningssystem som kan ställas in för att selektivt dra gifter från dricksvatten och avloppsvatten från fabriker, avloppssystem och olje- och gaskällor. Forskarna sa att deras teknik kommer att minska kostnaderna och spara energi jämfört med konventionella system.

"Traditionella metoder för att ta bort allt, såsom omvänd osmos, är dyra och energikrävande, sa Li, huvudforskaren och medförfattaren till en studie om den nya tekniken i tidskriften American Chemical Society Miljövetenskap och teknik . "Om vi ​​kommer på ett sätt att bara fiska upp dessa mindre komponenter, vi kan spara mycket energi."

Hjärtat i Rices system är en uppsättning nya kompositelektroder som möjliggör kapacitiv avjonisering. Den åtalade, porösa elektroder drar selektivt måljoner från vätskor som passerar genom det labyrintliknande systemet. När porerna fylls med gifter, elektroderna kan rengöras, återställs till sin ursprungliga kapacitet och återanvänds.

"Detta är en del av ett brett forskningsområde för att ta reda på sätt att selektivt ta bort joniska föroreningar, sa Li, professor i civil- och miljöteknik och i materialvetenskap och nanoteknik. "Det finns många joner i vatten. Allt är inte giftigt. T.ex. natriumklorid (salt) är perfekt godartad. Vi behöver inte ta bort det om inte koncentrationen blir för hög.

"För många applikationer, vi kan lämna ofarliga joner bakom oss, men det finns vissa joner som vi behöver ta bort, " sa hon. "T.ex. i vissa dricksvattenbrunnar, det finns arsenik. I våra dricksvattenledningar, det kan vara bly eller koppar. Och i industriella tillämpningar, det finns kalcium- och sulfatjoner som bildar beläggningar, en ansamling av mineralavlagringar som smutsar ner och täpper till rören."

Bevis-of-principal-systemet som utvecklats av Lis team tog bort sulfatjoner, ett fjällbildande mineral som kan ge vatten en bitter smak och fungera som ett laxermedel. Systemets elektroder var belagda med aktivt kol, som i sin tur belades av en tunn film av små hartspartiklar som hölls samman av kvartäriserad polyvinylalkohol. När sulfatförorenat vatten strömmade genom en kanal mellan de laddade elektroderna, sulfatjoner attraherades av elektroderna, passerade genom hartsbeläggningen och fastnade på kolet.

Tester i Rice-labbet visade att den positivt laddade beläggningen på katoden preferentiellt fångade sulfatjoner framför salt i ett förhållande av mer än 20 till 1.

Elektroderna behöll sina egenskaper under 50 cykler. "Men egentligen, i labbet, vi har kört systemet i flera hundra cykler och jag ser inget brott eller flagning av materialet, " sa Kuichang Zuo, huvudförfattare till artikeln och en postdoktor i Lis labb. "Det är väldigt robust."

Li sa att systemet är avsett att fungera med nuvarande kommersiella vattenreningssystem. "Den verkliga fördelen med detta arbete är inte att vi kunde ta bort sulfat selektivt, eftersom det finns många andra föroreningar som kanske är viktigare, ", sa hon. "Förtjänsten är att vi utvecklat en teknologiplattform som vi kan använda för att rikta in oss på andra föroreningar också genom att variera sammansättningen av elektrodbeläggningen."

Rice-teamet utvecklar beläggningar för andra föroreningar och arbetar med laboratorier vid University of Texas i El Paso och Arizona State University på storskaliga testsystem. Zuo sa att det också borde vara möjligt att skala ner system för vattenrening i hemmet.