Mikroföroreningar i vatten är ofta hormoner som ackumuleras i miljön och kan ha negativa effekter på människor och djur. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) och Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM) i Leipzig har nu utvecklat en process för fotokatalytisk nedbrytning av dessa föroreningar när de strömmar genom polymermembran. Den presenteras i Nature Nanotechnology . Bestrålning med ljus utlöser en kemisk reaktion, som ett resultat av vilken steroidhormoner bryts ned på membranen belagda med titandioxid.

Var människor än bor kommer hormoner som används i till exempel preventivmedel eller jordbruk ut i avloppsvattnet. Steroida hormoner, såsom könshormoner och kortikosteroider, kan ackumuleras i miljön och påverka människor och djur negativt, eftersom de försämrar beteendeutveckling och fertilitet. Könshormoner kan till exempel få hanfiskar att utveckla kvinnliga sexuella egenskaper. Det är därför viktigt att ta bort hormoner, tillsammans med andra mikroföroreningar, från avloppsvattnet innan de kommer in i det naturliga vattnets kretslopp igen, från vilket dricksvatten utvinns. "Att förse människor med rent dricksvatten för närvarande är en av de viktigaste utmaningarna i världen", säger professor Andrea Iris Schäfer, chef för KIT:s Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT). "Mikroföroreningar utgör ett stort hot mot vår framtid, eftersom de försämrar vår fertilitet och hjärnfunktion."

Inspirerad av solcellsteknik

Schäfer har i flera år studerat vattenbearbetning genom nanofiltrering. För detta ändamål använder hon polymermembran med nanometerstora porer. Men nanofiltrering kräver högt tryck och därmed mycket energi. Dessutom kan mikroföroreningar ansamlas i polymermembranmaterialen och gradvis komma in i det filtrerade vattnet. Även om föroreningarna separeras helt, kan ett flöde av koncentrerade föroreningar utvecklas och kräva ytterligare behandling.

Inspirerad av solcellsteknik, professor Bryce S. Richards från KIT:s arbetsområde, hade Schäfer idén att belägga polymermembran med titandioxid och att designa fotokatalytiska membran. Fotokatalytiskt aktiva titandioxidnanopartiklar appliceras på mikrofiltreringsmembran, vars porer är något större än vid nanofiltrering. Bestrålning med ljus utlöser då en kemisk reaktion, vilket gör att steroidhormoner bryts ned på hinnorna. Tillsammans med sitt team på IAMT och kollegor från Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM), Leipzig, har Schäfer nu förverkligat sin idé och presenterat den nya tekniken inom Nature Nanotechnology .

Katalysator för vatten

"Vi har utvecklat en katalysator för vatten", sammanfattar Schäfer sitt arbete. Med hjälp av de fotokatalytiska polymermembranen avlägsnades steroidhormoner i kontinuerligt flöde ner till den analytiska detektionsgränsen på 4 ng/l. Faktum är att de uppmätta koncentrationerna var mycket nära 1 ng/l, gränsen som anges i WHO:s nya riktlinjer för dricksvatten. Forskarna optimerar nu sin teknik genom att minska tiden som behövs och energiförbrukningen. Dessutom ligger deras fokus på att använda naturligt ljus. Deras forskning är särskilt inriktad på att bryta ned andra föroreningar genom fotokatalys, såsom industrikemikalier som perfluoralkylerade och polyfluorerade ämnen (PFAS) eller bekämpningsmedel, såsom glyfosat. Ett annat mål är att uppskala tekniken. + Utforska vidare

Vattenbehandling:Ta bort hormoner med solljus