Forskargrupper försöker olika metoder inom det nanoteknologiska området för att förbättra vattenmembranstekniken. En av dessa är att förbättra vattenreningen genom att använda naturens egna vattentransporterande kanaler, akvaporiner. Dock, att konstruera lämpliga membran för industriella processer är en utmaning.
Membran för vattenrening används i många tillämpningar och olika typer av membran utvecklas för tillfället. Inget membran kan filtrera och rena vatten helt, men förbättringar med nya typer av membran görs.
I Europeiska kommissionen-finansierade projektet MEMBAQ (Incorporation of Aquaporins in Membranes for Industrial Applications) drar forskare nytta av en unik struktur som naturen redan har skapat, när de utvecklar en nanoteknologisk uppfinning. De är inspirerade av cellmembranens vattentransporterande kanaler som består av proteiner som kallas aquaporiner. Endast rena H2O -molekyler släpps igenom. Olika typer av vattenfiltreringsmembran har införlivats med dessa aquaporiner, i strävan efter en revolutionerande nanobioteknisk vattenmembransteknik som kan avlägsna partiklar och patogener från vattnet mycket mer effektivt, jämfört med andra membran på marknaden.
Den största utmaningen för närvarande är att göra membran tillämpliga på industriella processer. Dock, forskarna har kommit långt genom att stödja aquaporinerna med ett flexibelt och vävnadsliknande hydrogelskikt och sedan stabilisera detta lager med en perforerad teflonfilm, kan hålla droppar av hydrogel och aquaporin. Projektets mål är att utveckla membran som kan, till exempel, återvinna avloppsvatten till dricksvatten och avsalta vatten. Dessutom, denna teknik kan tjäna kunder som arbetar med halvledare, eftersom de använder mycket ultrarent vatten, och kan göra denna industri grönare genom att minska den energi som behövs under vattenreningsprocessen. Om allt går enligt planerna, kunderna kommer att erbjudas ett membran som är fem till tio gånger effektivare än membran som för närvarande finns på marknaden.
Ett annat sätt att förbättra vattenreningen genom ett nanoteknologiskt tillvägagångssätt har utvecklats av forskare vid Stanford University. De har elektrifierat ett bomullsmembran, belagd med silver nanotrådar och nanorör, att döda patogener. Denna elektriska mekanism används istället för storleksekskludering. De större porerna låter vattnet rinna igenom cirka 80, 000 gånger snabbare än bakteriefångande membran tillåter och gör det också möjligt att undvika igensättning av membranen. Flera filtersteg behövs, eftersom ett elektrifierat membran bara dödar 98 procent av patogenerna. Forskarna har visat att den elektricitet som krävs för att driva ström genom membranet kan vara så låg som en femtedel av filtreringspumpens energibehov, när en jämförbar vattenmängd släpps igenom.
Marknaden för olika membran som kan rena vatten växer och kunder kan snart ha möjlighet att välja ett membran som passar deras behov bättre.
