Mikroföroreningar elimineras på nytt snabbt sätt ur vatten
Av Många av dagens mikroföroreningar kommer från industriella processer och klimatförändringar orsakade av människor. Dessa består av olika kemiska material som kan vara skadliga för människors hälsa och miljön, något som hamnat alltmer i fokus och blivit ett tilltagande problem de senaste åren. Utmaningen är behovet av att skapa vattenreningsprocesser som är hållbara och energieffektiva.
En av dessa lösningar kan vara "zwitterionic", kanske inte är ett ord du stöter på varje dag, men för professor Patrick Doyle från MIT Department of Chemical Engineering är det ett ord som är centralt för den teknik som hans grupp utvecklar för att ta bort mikroföroreningar från vatten.
Devashish Gokhale, en doktorand i Doyles labb, använder en magnet som exempel för att beskriva zwitterjoniska material.
– På en magnet har du en nordpol och en sydpol som håller fast vid varandra. På en zwitterjonisk molekyl har du en positiv laddning och en negativ laddning som fäster vid varandra på ett liknande sätt. Eftersom många oorganiska mikroföroreningar och vissa organiska mikroföroreningar själva laddas har vårt team undersökt hur man kan använda zwitterjoniska molekyler för att fånga mikroföroreningar i vatten, säger Devashish Gokhale.
I en artikel i Nature Water förklarar forskarna hur de använder zwitterjoniska hydrogeler för att hållbart fånga upp både organiska och oorganiska mikroföroreningar från vatten med minimal driftskomplexitet. Tidigare har zwitterjoniska molekyler använts som beläggningar på membran för vattenbehandling på grund av deras icke nedsmutsande egenskaper. Men i Doyle-gruppens system används zwitterjoniska molekyler för att bilda ställningsmaterialet, eller ryggraden i hydrogelen - ett poröst tredimensionellt nätverk av polymerkedjor som innehåller en betydande mängd vatten.
– Zwitterioniska molekyler har mycket stark attraktion till vatten jämfört med andra material som används för att göra hydrogeler eller polymerer, säger Gokhale och förklarar att de positiva och negativa laddningarna på zwitterjoniska molekyler dessutom gör att hydrogelerna har lägre kompressibilitet än vad som vanligtvis har observerats i hydrogeler. Detta ger betydligt mer expansiva, robusta och porösa hydrogeler, vilket är viktigt för uppskalningen av det hydrogelbaserade systemet för vattenbehandling.
Redan för några år sedan inledde Doyle och hans labb ett första projekt för att utveckla en mikropartikelbaserad plattform för att ta bort ett brett spektrum av mikroföroreningar från vatten. De fick stöd för att överföra sin teknologi från labbet till marknaden. Med detta stöd har forskarna kunnat bygga, testa och förfina prototyper i pilotskala av deras hydrogelplattform.
Forskarna har med detta kunnat konstruera ett system för snabbare upptag av mikroföroreningar från vatten. Tester visar att hydrogelerna kan eliminera sex kemiskt olika mikroföroreningar minst 10 gånger snabbare än kommersiellt aktivt kol. Systemet är också kompatibelt med en mängd olika material, vilket gör det multifunktionellt. Systemet kan också snabbt ta bort flera föroreningar vid lägre koncentrationer i ett enda steg, utan behov av stora industriella enheter eller investeringar.
Det kanske viktigaste är att partiklarna i Doyle-gruppens system kan regenereras och användas om och om igen. Genom att helt enkelt blötlägga partiklarna i ett etanolbad kan de tvättas från mikroföroreningar för obestämd användning utan att förlora effektiviteten.