Водяний фільтр видаляє токсичні метали з деревним вугіллям та сироваткою

Новий фільтр для води може видалити токсичні іони важких металів та радіоактивні речовини лише за один прохід.

Фільтруюча мембрана - це гібрид двох недорогих матеріалів: волокон сироваткового білка та активованого вугілля. Проста технологія долає кілька недоліків існуючих методів, які, як правило, є дорогими і можуть видаляти лише певний елемент або мати дуже малу потужність фільтра.

"Проект є однією з найважливіших речей, які я міг коли-небудь робити", - говорить Раффаеле Меценга, професор кафе з харчових продуктів та м'яких матеріалів з ETH в Цюріху. Він та його колега Срінат Болісетті описують цю технологію в журналі Природа нанотехнології.

В основі системи фільтрації лежить новий тип гібридної мембрани, що складається з активованого вугілля та жорстких, твердих волокон сироваткового білка. Ці два компоненти недорогі і прості у виготовленні.

Білки сироватки денатуровані, що змушує їх розтягуватися і в кінцевому підсумку зливаються у вигляді амілоїдних фібрил. Разом з активованим вугіллям ці волокна наносять на відповідний матеріал основи, такий як целюлозний фільтрувальний папір. Вміст вуглецю становить 98 відсотків, лише 2 відсотки складаються з білка.


Innersele підписатися графіка


Відновлює цінне золото

Ця гібридна мембрана неспецифічно поглинає різні важкі метали, включаючи промислово важливі елементи, такі як свинець, ртуть, золото та паладій. Однак він також поглинає радіоактивні речовини, такі як уран або фосфор-32, які мають відношення до ядерних відходів або певних методів лікування раку, відповідно.

Мембрана також усуває з води високотоксичні ціаніди металів. Цей клас матеріалів включає ціанід золота, який зазвичай використовується в електронній промисловості для виготовлення провідникових доріжок на друкованих платах.

Мембрана забезпечує простий спосіб фільтрації та вилучення золота, таким чином, система фільтрів колись може зіграти важливу роль і в переробці золота.

"Прибуток, отриманий від видобутого золота, більше ніж у 200 разів перевищує вартість гібридної мембрани", - говорить Меценга.

Як це працює?

Процес фільтрації надзвичайно простий: забруднена вода всмоктується через мембрану вакуумом.

"Достатньо сильний вакуум можна створити за допомогою простого ручного насоса, - говорить Меценга, - який дозволив би працювати системі без електрики".

Система майже нескінченно масштабована, що робить її економічно вигідною для подачі великих обсягів води.

Оскільки токсичні речовини потрапляють через фільтр, вони «прилипають» насамперед до білкових волокон, які мають численні місця зв'язування, де можуть стикуватися окремі іони металів. Однак велика площа активованого вугілля може також поглинати велику кількість токсинів, що затримує насичення мембран.

Крім того, білкові волокна надають мембрані механічну міцність і при високих температурах дозволяють уловленим іонам хімічно перетворюватися на цінні металеві наночастинки.

Дуже висока місткість

Mezzenga з ентузіазмом оцінює здатність гібридної мембрани фільтрувати. Наприклад, при випробуваннях із хлоридом ртуті концентрація ртуті, що міститься у фільтраті, знизилася більш ніж на 99.5 відсотка.

Ефективність була ще вищою з отруйною сполукою ціаніду золота калію, де 99.98 відсотка сполуки було пов'язано з мембраною, або з солями свинцю, де ефективність перевищувала 99.97 відсотка. А з радіоактивним ураном під час фільтрації було зв’язано 99.4% початкової концентрації.

"Ми досягли цих високих значень лише за один прохід", - говорить Болісетті.

Навіть протягом декількох проходів гібридна мембрана фільтрує токсичні речовини з високим ступенем надійності. Незважаючи на те, що концентрація ртуті у фільтраті зросла в 10 разів з 0.4 ppm (частин на мільйон) до 4.2 ppm після 10 проходів, кількість використаного білка була надзвичайно низькою.

Для фільтрування півлітра забрудненої води дослідники використовували мембрану вагою лише 10 грам, з яких 7 відсотків за вагою складалися з білкових волокон.

"Одного кілограма сироваткового білка було б достатньо для очищення 90,000 XNUMX літрів води", - каже Меценга.

Це говорить про те, що ефективність можна збільшити, додавши більше вмісту білка в мембрану, додає він, підкреслюючи гнучкість цього нового підходу.

Мезенга, який запатентував цю технологію, впевнений, що фільтр знайде свій шлях на ринок.

"Існує безліч програм для цього, і вода є однією з найактуальніших проблем, з якими ми стикаємось сьогодні", - додає він.

джерело: ETH Zurich

Пов’язана книга:

at InnerSelf Market і Amazon