เครื่องกรองน้ำขจัดโลหะที่เป็นพิษด้วยถ่านและหางนม

เครื่องกรองน้ำใหม่สามารถกำจัดไอออนของโลหะหนักที่เป็นพิษและสารกัมมันตรังสีได้ในครั้งเดียว

เมมเบรนกรองเป็นส่วนผสมของวัสดุต้นทุนต่ำสองชนิด ได้แก่ เส้นใยเวย์โปรตีนและถ่านกัมมันต์ เทคโนโลยีที่เรียบง่ายสามารถเอาชนะข้อเสียหลายประการของวิธีการที่มีอยู่ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมีราคาแพงและสามารถถอดองค์ประกอบเฉพาะออกหรือมีความจุของตัวกรองที่เล็กมากเท่านั้น

“โครงการนี้เป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดที่ฉันเคยทำมา” Raffaele Mezzenga ศาสตราจารย์ด้านอาหารและวัสดุอ่อนนุ่มที่ ETH Zurich กล่าว เขาและเพื่อนร่วมงาน สรีนาถ โบลิเซตตี บรรยายเทคโนโลยีในวารสาร นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ.

หัวใจสำคัญของระบบการกรองคือเมมเบรนชนิดใหม่ที่ประกอบด้วยถ่านกัมมันต์และเส้นใยเวย์โปรตีนที่เหนียวและเหนียว ส่วนประกอบทั้งสองมีราคาไม่แพงและง่ายต่อการผลิต

เวย์โปรตีนถูกทำให้เสียสภาพ ซึ่งทำให้พวกมันยืดตัว และในที่สุดก็มารวมกันเป็นเส้นใยอะไมลอยด์ ร่วมกับถ่านกัมมันต์ เส้นใยเหล่านี้ใช้กับวัสดุตั้งต้นที่เหมาะสม เช่น กระดาษกรองเซลลูโลส ปริมาณคาร์บอนอยู่ที่ 98 เปอร์เซ็นต์โดยมีเพียง 2 เปอร์เซ็นต์ที่ประกอบด้วยโปรตีน


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


กู้คืนทองคำอันมีค่า

เมมเบรนแบบไฮบริดนี้จะดูดซับโลหะหนักหลายชนิดในลักษณะที่ไม่เฉพาะเจาะจง รวมถึงองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม เช่น ตะกั่ว ปรอท ทอง และแพลเลเดียม อย่างไรก็ตาม ยังดูดซับสารกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียมหรือฟอสฟอรัส-32 ซึ่งเกี่ยวข้องกับกากนิวเคลียร์หรือการรักษามะเร็งบางอย่างตามลำดับ

เมมเบรนยังช่วยขจัดโลหะไซยาไนด์ที่เป็นพิษสูงออกจากน้ำ วัสดุประเภทนี้รวมถึงไซยาไนด์ทองคำซึ่งใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เพื่อผลิตรางตัวนำบนแผงวงจร

เมมเบรนเป็นวิธีง่ายๆ ในการกรองและนำทองคำกลับมาใช้ใหม่ ดังนั้นระบบกรองอาจมีบทบาทสำคัญในการรีไซเคิลทองคำในวันหนึ่งเช่นกัน

“กำไรที่เกิดจากทองคำที่กู้คืนมานั้นมากกว่าต้นทุนของเมมเบรนแบบไฮบริดมากกว่า 200 เท่า” Mezzenga กล่าว

วิธีการทำงาน

กระบวนการกรองนั้นง่ายมาก: น้ำที่ปนเปื้อนถูกดูดผ่านเมมเบรนโดยสุญญากาศ

Mezzenga กล่าวว่า "การผลิตสุญญากาศที่มีกำลังแรงเพียงพอสามารถทำได้โดยใช้ปั๊มมือธรรมดา" ซึ่งจะทำให้ระบบทำงานโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า

ระบบนี้สามารถปรับขยายได้แทบไร้ขีดจำกัด ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการกรองน้ำปริมาณมาก

เนื่องจากสารพิษถูกดึงผ่านตัวกรอง พวกมันจึง “เกาะติด” กับเส้นใยโปรตีนเป็นหลัก ซึ่งมีจุดจับจำนวนมากที่ไอออนโลหะแต่ละชนิดสามารถเทียบเคียงได้ อย่างไรก็ตาม พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของถ่านกัมมันต์ยังสามารถดูดซับสารพิษในปริมาณมาก ซึ่งทำให้เกิดการอิ่มตัวของเมมเบรนช้าลง

นอกจากนี้ เส้นใยโปรตีนยังให้ความแข็งแรงเชิงกลแก่เมมเบรน และที่อุณหภูมิสูงจะทำให้ไอออนที่ติดอยู่ถูกแปลงทางเคมีเป็นอนุภาคนาโนโลหะที่มีค่า

ความจุสูงมาก

Mezzenga กระตือรือร้นเกี่ยวกับความจุตัวกรองของเมมเบรนแบบไฮบริด ในการทดสอบด้วยปรอทคลอไรด์ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของปรอทที่มีอยู่ในของเหลวกรองลดลงมากกว่า 99.5 เปอร์เซ็นต์

ประสิทธิภาพก็สูงขึ้นด้วยสารประกอบโพแทสเซียมโกลด์ไซยาไนด์ที่เป็นพิษ ซึ่ง 99.98 เปอร์เซ็นต์ของสารประกอบถูกผูกไว้กับเมมเบรนหรือด้วยเกลือตะกั่วซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่า 99.97 เปอร์เซ็นต์ และด้วยกัมมันตภาพรังสียูเรเนียม 99.4 เปอร์เซ็นต์ของความเข้มข้นเดิมถูกผูกไว้ระหว่างการกรอง

“เราบรรลุคุณค่าที่สูงเหล่านี้ในการผ่านเพียงครั้งเดียว” โบลิเซตตีกล่าว

เมมเบรนแบบไฮบริดจะกรองสารพิษออกด้วยความน่าเชื่อถือในระดับสูงแม้จะผ่านหลายรอบ แม้ว่าความเข้มข้นของปรอทในตัวกรองจะเพิ่มขึ้น 10 เท่าจาก 0.4 ppm (ส่วนในล้านส่วน) เป็น 4.2 ppm หลังจากผ่านไป 10 ครั้ง แต่ปริมาณโปรตีนที่ใช้ก็ต่ำมาก

ในการกรองน้ำที่ปนเปื้อนครึ่งลิตร นักวิจัยใช้เมมเบรนที่มีน้ำหนักเพียง 10 กรัม ซึ่ง 7 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักประกอบด้วยเส้นใยโปรตีน

"เวย์โปรตีนหนึ่งกิโลกรัมก็เพียงพอที่จะทำให้น้ำบริสุทธิ์ได้ 90,000 ลิตร" Mezzenga กล่าว

สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ด้วยการเพิ่มปริมาณโปรตีนในเมมเบรน เขากล่าวเสริม โดยเน้นที่ความยืดหยุ่นของแนวทางใหม่นี้

Mezzenga ซึ่งเป็นผู้จดสิทธิบัตรเทคโนโลยีนี้ มั่นใจว่าตัวกรองจะเข้าสู่ตลาดได้

“มีการใช้งานมากมาย และน้ำเป็นหนึ่งในปัญหาเร่งด่วนที่สุดที่เราเผชิญในปัจจุบัน” เขากล่าวเสริม

ที่มา: ผลประโยชน์ทับซ้อนซูริค

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน