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Functional membranes/ filters with anti/low-fouling surfaces for water purification through selective adsorption on biobased nanocrystals and fibrils

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Biobasierte Nanomaterialien für die Wasserreinigung 

Die Wasserknappheit ist eine der größten Herausforderungen für die Menschheit im 21. Jahrhundert. Neue kostengünstige, biobasierte Filtrations- und Reinigungsmembranen, entwickelt von EU-finanzierten Forschern, versprechen einen besseren Zugang zu sauberem Wasser für bedürftige Bevölkerungsgruppen. 

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Den Vereinten Nationen (UN) zufolge ist der Wasserverbrauch während des letzten Jahrhunderts doppelt so schnell wie die Bevölkerung gewachsen. Der Wettbewerb um Wasserressourcen zum Trinken, Baden und zum Erhalt von Landwirtschaft und Leben nimmt jedes Jahr zu. Das Projekt NANOSELECT (Functional membranes/ filters with anti/low-fouling surfaces for water purification through selective adsorption on biobased nanocrystals and fibrils) entwickelte daher auf Nanomaterialien basierende Wasseraufbereitungsmembranen für die dezentrale Wasseraufbereitung in Industrie und Haushalten, um bei der Linderung dieses Problems zu helfen. Die Forscher entwarfen, entwickelten und testeten membranbasierte Prototypen auf Basis von Nanozellulose und/oder Nanochitin, also Polysacchariden aus Pflanzen und dem Exoskelett von Krustentieren. Der Schwerpunkt lag auf der Entfernung von toxischen Chemikalien wie Schwermetallionen, Pestiziden und Düngemitteln aus kontaminiertem Industriewasser unter Verwendung von Membranen und Membranmodulen. Diese bauten auf vorhandener Technologie mit nanostrukturierten Membranen auf. Dies wurde angepasst, um mithilfe von nanofähigen Membranen mit Schwermetallionen, giftigen Chemikalien und/oder Bakterien zu interagieren und diese selektiv zu adsorbieren/speichern und zu desorbieren. Darüber hinaus wurden die Membranen auf ihre Eignung zur Entsorgung durch Kompostierung und deren Auswirkungen auf die Umwelt zum Ende ihrer Betriebszeit hin bewertet. Diese bio-basierten funktionellen Membranen bieten daher ein hoch energieeffizientes, billiges, biologisch abbaubares, ungiftiges und umweltfreundliches Substrat für die Wasseraufbereitung. Mithilfe bestehender industrieller Prozesse konnte das Team die Produktion von Nanopartikeln (Zellulose und Chitin-Nanokristallen und Zellulose-Nanofasern), isoliert aus biologischen Quellen, hoch skalieren. Sowohl Nanozellulose als auch Nanochitin zeigten eine erfolgreiche Adsorption von Schwermetallionen aus dem Wasser für eine effiziente Wasserreinigung. NANOSELECT wird dazu beitragen, Schwermetalle zurückzugewinnen und gleichzeitig eine hocheffiziente dezentrale Wasserreinigung, hohe Adsorptionsraten und eine hohe Adsorptionsselektivität zu erreichen. Außerdem bieten sie wiederverwendbare Antifouling-Oberflächen. Die Entfernung von Wasserschadstoffen wird einen langfristigen Nutzen für die menschliche Gesundheit und die Lebensqualität haben. Diese Arbeiten werden zu neuen Produkten auf Basis von umweltfreundlicher Nanotechnologie in Form von Nanomembranen, Filtern und Adsorbentien zur Reinigung von Wasser führen, die effizienter, kostengünstiger und umweltfreundlicher als die derzeit verfügbaren Produkte sind. Sie werden nachhaltige Lösungen für das Wasserrecycling und die Entfernung und Rückgewinnung von Schwermetallionen, Düngemitteln, Arzneimitteln und Pflanzenschutzmitteln aus Industrieabwässern liefern. Die daraus resultierende Verbesserung der Qualität von Oberflächen- und Grundwasser, zunächst in Europa und dann auf globaler Ebene, wird weitreichende Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Schlüsselbegriffe

Funktionelle Membranen, NANOSELECT, Antifouling, Low-Fouling-Nanokristalle, Fibrillen, Wasserreinigung, Zellulose, Chitin, biologisch abbaubar 

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