מסנן מים חדש יכול להסיר יונים מתכות כבדות רעילים וחומרים רדיואקטיביים במעבר אחד בלבד.
קרום המסנן הוא הכלאה של שני חומרים בעלות נמוכה: סיבי חלבון מי גבינה ופחם פעיל. הטכנולוגיה הפשוטה מתגברת על מספר חסרונות של שיטות קיימות, שהן בדרך כלל יקרות ויכולות להסיר רק אלמנט ספציפי או יכולת סינון קטנה מאוד.
"הפרויקט הוא אחד הדברים החשובים ביותר שעשיתי אי פעם", אומרת רפאלה מצנגה, פרופסור למזון וחומרים רכים ב- ETH ציריך. הוא והקולגה סרנאת בוליסטי מתארים את הטכנולוגיה בכתב העת טבע ננוטכנולוגיה.
בלב מערכת הסינון נמצא סוג חדש של קרום היברידי המורכב מפחם פעיל וסיבי חלבון מי גבינה קשוחים וקשיחים. שני המרכיבים זולים ופשוטים לייצור.
חלבוני הגבינה דנטוריים, מה שגורם להם להימתח, ובסופו של דבר מתאחדים בצורה של סיבי עמילואיד. יחד עם פחם פעיל, סיבים אלה מוחלים על חומר מצע מתאים, כמו נייר סינון תאית. תכולת הפחמן היא 98 אחוזים, כאשר החלבון מורכב משני אחוזים בלבד.
משחזר זהב יקר
קרום היברידי זה סופג מתכות כבדות שונות באופן לא ספציפי, כולל אלמנטים רלוונטיים מבחינה תעשייתית, כגון עופרת, כספית, זהב ופלדיום. עם זאת, הוא קולט גם חומרים רדיואקטיביים, כגון אורניום או זרחן -32, הרלוונטיים בפסולת גרעינית או טיפולים מסוימים בסרטן, בהתאמה.
הקרום גם מסלק מים מציאנידים מתכתיים רעילים ביותר. סוג זה של חומרים כולל ציאניד זהב, המשמש בדרך כלל בתעשיית האלקטרוניקה לייצור רצועות מוליכים על גבי מעגלים.
הממברנה מספקת דרך פשוטה לסנן ולהחזיר את הזהב, ולכן מערכת המסננים יכולה יום אחד למלא תפקיד חשוב גם במיחזור הזהב.
"הרווח שמניב הזהב שהוחזר הוא יותר מפי 200 מעלות הקרום ההיברידי", אומר מצנגה.
איך זה עובד
תהליך הסינון הוא פשוט ביותר: מים מזוהמים נשאבים דרך הממברנה באמצעות ואקום.
"ניתן לייצר ואקום חזק מספיק בעזרת משאבה ידנית פשוטה", אומרת מצנגה, "שתאפשר הפעלת המערכת ללא חשמל."
המערכת ניתנת להרחבה אינסופית כמעט, מה שהופך אותה לחסכונית בהזנת כמויות מים גדולות.
כאשר חומרים רעילים נמשכים דרך המסנן, הם "נדבקים" בעיקר לסיבי החלבון, שיש בהם אתרי קשירה רבים בהם יונים מתכתיים בודדים יכולים לעגן. עם זאת, שטח הפנים הגדול של הפחם הפעיל יכול לספוג גם כמויות גדולות של רעלים, מה שמעכב את הרוויה של הממברנות.
בנוסף, סיבי החלבון מעניקים קרום חוזק מכני ובטמפרטורות גבוהות מאפשרים להפוך את היונים הכלואים בכימיקלים לחלקיקים מתכתיים יקרי ערך.
קיבולת גבוהה מאוד
Mezzenga מתלהב מיכולת הסינון של הממברנה ההיברידית. בבדיקות עם כספית כלוריד, למשל, ריכוז הכספית הקיים בתסנן ירד ביותר מ 99.5 אחוז.
היעילות הייתה גבוהה עוד יותר עם תרכובת ציאניד זהב רעיל של אשלגן, שם 99.98 אחוז מהמתחם נקשר לקרום, או עם מלחי עופרת, שם היעילות הייתה גדולה מ- 99.97 אחוז. ועם אורניום רדיואקטיבי, 99.4 אחוזים מהריכוז המקורי נקשר במהלך הסינון.
"השגנו את הערכים הגבוהים האלה רק במעבר יחיד", אומר בוליסטי.
אפילו במספר מעברים, הממברנה ההיברידית מסננת חומרים רעילים בדרגת אמינות גבוהה. למרות שריכוז הכספית בתסנן עלה בפקטור 10 מ -0.4 עמודים לדקה (חלקים למיליון) ל -4.2 עמודים לדקה לאחר 10 מעברים, כמות החלבון שהייתה בשימוש הייתה נמוכה ביותר.
כדי לסנן חצי ליטר מים מזוהמים השתמשו החוקרים בקרום במשקל רק עשירית גרם, מתוכו 10 אחוזים לפי משקל מורכב מסיבי חלבון.
"קילו חלבון מי גבינה אחד יספיק לטיהור 90,000 ליטר מים", אומר מצנגה.
זה מצביע על כך שניתן להגביר את היעילות על ידי הוספת תכולת חלבון נוספת בקרום, הוא מוסיף, ומדגיש את הגמישות של גישה חדשה זו.
Mezzenga, אשר פטנט על הטכנולוגיה, בטוח כי המסנן ימצא את דרכו לשוק.
"ישנן מספר רב של יישומים לכך, ומים הם אחת הבעיות הדוחקות ביותר העומדות בפנינו כיום", הוא מוסיף.
מקור: המכון הטכנולוגי של ציריך
ספר קשור:
at InnerSelf Market ואמזון
