Organiska föroreningar som läkemedel, bekämpningsmedel, och hormoner, även vid koncentrationer i nanoskala, förorena dricksvattnet på ett sätt som utgör betydande risker för människor, djur och miljö. Särskilt, steroidhormonerna östron, östradiol, progesteron, och testosteron kan orsaka biologisk skada hos människor och vilda djur. Europeiska unionen har därför fastställt strikta minimikvalitetsnormer för säkert och rent dricksvatten, som också måste beaktas vid utvecklingen av ny teknik för vattenrening.

"Utmaningen för vetenskapen är att utveckla känsligare metoder för att rikta in sig på hormonmolekylerna, " säger professor Andrea Iris Schäfer, chef för Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) vid KIT. Det största problemet är att steroidhormoner är mycket svåra att upptäcka i vatten. "Det finns en hormonmolekyl för varje kvintiljon vattenmolekyler. Detta är en extremt låg koncentration, " förklarar experten.

Med konventionell vattenbehandlingsteknik, avloppsreningsverk kan varken hitta eller ta bort mikroföroreningar. Forskare vid IAMT och KIT Institute of Microstructure Technology (IMT) arbetar därför med nya metoder för att inte bara upptäcka och mäta mikroföroreningar, men också ta bort dem. En ny, fotokatalytisk process visar sig vara lovande. Forskarna belade ett kommersiellt tillgängligt polymermembran med stora porer med Pd(II)-porfyrin, en palladiumhaltig, ljuskänslig molekyl som kan absorbera synlig strålning. Exponering för strålning med simulerat solljus initierar en kemisk process som producerar så kallat singletsyre, en mycket reaktiv syreart. Singletsyren "angriper" specifikt hormonmolekylerna och omvandlar dem till potentiellt säkra oxidationsprodukter. "Det är avgörande att vi belägger ytan på varje por med fotosensibilisatormolekylen, öka attackens yta, " förklarar Roman Lyubimenko, en vetenskapsman vid IAMT och IMT.

Den kemiska nedbrytningen av steroidhormoner och filtreringen av andra mikroföroreningar kan realiseras i en enda modul. Med denna process, filtrering av 60 till 600 liter vatten per kvadratmeter membran är möjlig på en timme. Forskarna kunde minska koncentrationen av östradiol, det mest biologiskt aktiva steroidhormonet, med 98 procent från 100 till 2 nanogram per liter. "Detta betyder att vi redan är mycket nära EU:s målvärde på ett nanogram per liter, " understryker Schäfer. Nästa mål för forskargruppen är att ytterligare optimera den fotokatalytiska processen och överföra den till en större skala. Öppna frågor är att ta reda på hur mycket ljusintensitet och hur mycket porfyrin som kommer att behövas och om det kostsamma palladiumet från platinagruppen av metaller kan ersättas med andra metaller.