Mikroföroreningar förorenar vattnet över hela världen. Bland dem finns steroidhormoner som inte kan elimineras effektivt genom konventionella processer. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu utvecklat ett innovativt filtreringssystem som kombinerar ett polymermembran med aktivt kol. Eftersom kolpartiklarnas storlek är mycket liten, det är möjligt att nå referensvärdet på 1 nanogram östradiol – det fysiologiskt mest effektiva östrogenet – per liter dricksvatten som föreslagits av Europeiska kommissionen. Den förbättrade metoden redovisas i Vattenforskning .

Att förse människor med rent vatten är en av 2000-talets största utmaningar världen över. Ofta, dricksvattnet är förorenat med mikroföroreningar. Bland dem finns steroidhormoner som används som medicinska ämnen och preventivmedel. Deras koncentration i en liter vatten, till vilket renat avloppsvatten matas, kan bara vara några nanogram, men denna lilla mängd kan redan skada människors hälsa och påverka miljön. På grund av molekylernas låga koncentration och små storlek, steroidhormoner är inte bara svåra att upptäcka, men också svårt att ta bort. Konventionell reningsteknik för avloppsvatten är inte tillräcklig.

Professor Andrea Iris Schäfer, chef för KIT:s Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) och hennes team har nu utvecklat en innovativ metod för snabb och energieffektiv eliminering av steroidhormoner från avloppsvatten. Deras teknik kombinerar ett polymermembran med aktivt kol. "Först, vatten pressas genom ett semipermeabelt membran som eliminerar större föroreningar och mikroorganismer, Schäfer förklarar. vatten rinner genom skiktet av kolpartiklar bakom, som binder hormonmolekylerna."

På IAMT, forskare har vidareutvecklat och förbättrat denna process tillsammans med filtertillverkaren Blücher GmbH, Erkrath. Kollegor vid KIT:s Institute of Functional Interfaces (IFG), Institutet för tillämpade material (IAM), och Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) stödde denna vidareutveckling genom att karakterisera materialet. Detta rapporterar forskarna i Vattenforskning . "Vår teknik gör det möjligt att nå referensvärdet på 1 nanogram östradiol per liter dricksvatten som föreslagits av Europeiska kommissionen, " säger professorn i vattenprocessteknik.

Partikelstorlek och syrekoncentration är viktiga

Forskare studerade processerna i det aktiva kolskiktet mer detaljerat och använde modifierade kolpartiklar (polymerbaserade sfäriskt aktivt kol-PBSAC). "Allt beror på kolpartiklarnas diameter, "Matteo Tagliavini från IAMT förklarar. Han är publikationens första författare." Ju mindre partikeldiametern är, desto större är den yttre ytan av det aktiverade kolskiktet tillgängligt för adsorption av hormonmolekyler."

I ett aktivt kollager med 2 mm tjocklek, forskarna minskade partikeldiametern från 640 till 80 µm och lyckades eliminera 96 ​​% av östradiolen i vattnet. Genom att öka syrekoncentrationen i det aktiva kolet, adsorptionskinetiken förbättrades ytterligare och en separationseffektivitet för östradiol på mer än 99 % uppnåddes.

"Metoden möjliggör en hög vattenflödeshastighet vid lågt tryck, är energieffektiv, och separerar många molekyler utan att producera några skadliga biprodukter. Den kan användas flexibelt i system med varierande storlek, från kranen till industriella anläggningar, "Säger Schäfer.