Fortschrittliche, selbst desinfizierende Membranen produzieren trinkbares Süßwasser

Aufgrund der Bevölkerungswachstums braucht die Welt mehr Süßwasser. Innovative Membranen mit lichtempfindlichen Reinigungseigenschaften helfen bei der Deckung dieses Bedarfs.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Der Klimawandel und die wachsende Weltbevölkerung belasten zunehmend die sauberen Trinkwasserquellen. Daher besteht momentan ein weltweiter Mangel an Süßwasserquellen. Das EU-finanzierte Projekt Enhanced-MUMs möchte dies angehen und hat eine kostengünstige Membran entwickelt, die zur Wiederverwendung von Abwasser und zur Entsalzung von Meerwasser verwendet werden kann. „Das Ziel von Enhanced-MUMs ist die Entwicklung multifunktionaler, lichtempfindlicher, kostengünstiger und beständiger Kompositmembranen für die integrierte Wasseraufbereitung und -entsalzung“, sagt Barbara Ventura, leitende Forscherin am Institut für organische Synthese und Photoreaktivität in Italien. Die Flexibilität und Beständigkeit der Membranen sorgt dafür, dass diese in einer Vielzahl von Betriebssystemen als portables Gerät oder als Teil einer Wasseraufbereitungs- oder Wasserentsalzungsanlage eingesetzt werden können.

Eine ideale Membran

Die Mikrometer großen Poren machen die Enhanced-MUMs-Membranen überaus durchlässig. „Wir konnten auch Membranen mit Poren im Nanometerbereich erreichen, die unter hohem Wasserdruck funktionieren können und Salze mit hoher Leistung aus dem Wasser entfernen“, merkt Ventura an. Fingerähnliche Schwammstrukturen sind überaus effektiv bei der Entfernung von Schadstoffen aus Wasserquellen. „Es wurde festgestellt, dass diese Azure A – einen Farbstoff, der als Modell für Wasserschadstoffe ausgewählt wurde – effizient aufnehmen können, sodass Wasser unter statischen wie auch Fließbedingungen von dem Farbstoff gereinigt wird“, erklärt Ventura, Projektkoordinatorin von Enhanced-MUMs. Um die Lebensdauer der Membran bei hohem Wasserfluss zu verlängern, ergänzte das Team die Polymerlösung vor der Membranherstellung um Kohlenstoffnanomaterialien. Fouling und die Bildung von Biofilmen an der Membranoberfläche verhindern einen langfristigen Betrieb und gehören zu den Haupthindernissen für handelsübliche Filtersysteme. Das Team fügte lichtempfindliche Elemente hinzu, die bei der Absorption von Licht bestimmte reaktive Sauerstoffspezies erzeugen können, welche die Bildung von Bakterien und Biofilmen an der Membranoberfläche verhindern. Diese Eigenschaft zur „Selbstdesinfektion“ verlängert die Lebensspanne der Membran und somit des Filtersystems. Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert. „Dank der Fördermittel konnte die erfahrene Forschungsstipendiatin Rania Morsi ihr etabliertes Fachwissen im Bereich der Polymerchemie mit dem Erwerb neuer Fähigkeiten in Photochemie und optischen Methodiken anwenden“, bemerkt Ventura.

Wettbewerbsvorteil

Mit Blick auf die Filtereffizienz sind die Membranen von Enhanced-MUMs mit modernsten handelsüblichen Filtersystemen vergleichbar. Diese basieren auf Polymer- oder Keramikmaterialien, um Kontaminanten durch Mikrofilter- und Nanofilterprozesse zu entfernen, welche zu höheren Kosten führen. Doch ebendiese Kombination aus verschiedenen Konstruktionselementen hebt die Enhanced-MUMs-Membranen wirklich von der Konkurrenz ab. „Der Durchbruch in Bezug auf konkurrierende Wasseraufbereitungssysteme beruht auf der Verwendung biokompatibler Polymere, auf der Verstärkung der mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials und auf der lichtinduzierten Anti-Fouling-Anwendung. Unseres Wissens nach gibt es keine vergleichbare multifunktionale Konstruktion“, sagt Ventura.

Weltweites Potenzial

Die Enhanced-MUMs-Membranen sind günstig, hochleistungsfähig, beständig und können einfach hochskaliert werden. Sie sind ebenfalls relativ energieschonend, sodass sie sich in weniger entwickelten Teilen der Welt als sehr hilfreich erweisen könnten. „Wir planen ihre Verwendung an ressourcenarmen Standorten, die üblicherweise dennoch am meisten von Wassermangel und Dürre betroffen sind. Wir können in mehreren Mittelmeerregionen Abhilfe schaffen, die insbesondere in der Sommerzeit mit Wasserknappheit zu kämpfen haben, doch diese Technologie hat das Potenzial, auf der ganzen Welt in allen wüstenähnlichen Gebieten eingeführt zu werden“, lautet das Fazit von Ventura.

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Enhanced MUlti-Functional Membranes for Water Treatment and Desalination

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