Zaawansowane i samodezynfekujące się membrany zapewnią dostęp do wody pitnej
Zmiana klimatu oraz nieustanny przyrost liczby ludności na świecie stanowią coraz większe obciążenie dla dostępnych źródeł czystej wody pitnej. Niektórzy mówią nawet o tym, że świat stoi w obliczu globalnego kryzysu związanego z dostępem do słodkiej wody. Zespół finansowanego przez Unię Europejską projektu Enhanced-MUMs zamierza rozwiązać ten problem, opracowując tanią membranę pozwalającą na ponowne wykorzystywanie ścieków oraz odsalanie wody morskiej. „Najważniejszym celem projektu Enhanced-MUMs jest rozwój wielofunkcyjnych, światłoczułych, tanich i wytrzymałych membran kompozytowych wykorzystywanych do zintegrowanego uzdatniania i odsalania wody”, twierdzi Barbara Ventura, starsza badaczka Instytutu Syntezy Organicznej i Fotoreaktywności we Włoszech. Elastyczność oraz wytrzymałość membran pozwalają na ich stosowanie w różnorodnych systemach i rozwiązaniach, takich jak urządzenia przenośne, oczyszczalnie ścieków czy instalacje odsalające.
Idealna membrana
Dzięki porom o wielkości pojedynczych mikrometrów membrany opracowane w ramach projektu Enhanced-MUMs są wysoce przepuszczalne. „Możemy również wytwarzać membrany wyposażone w pory nanometrowej wielkości, które sprawdzą się w przypadku wody i większym ciśnieniu i pozwolą na odsalanie wody przy zachowaniu dużego przepływu”, dodaje Ventura. Gąbczaste struktury przypominające palce radzą sobie doskonale z usuwaniem zanieczyszczeń z wody pochodzącej z dowolnych źródeł. „W wyniku badań udało się ustalić, że doskonale radzą sobie z wychwytywaniem z wody barwnika Azur A wykorzystywanego w roli modelu zanieczyszczeń wody – są bowiem w stanie usuwać barwnik zarówno w wodzie stojącej, jak i w warunkach przepływu”, wyjaśnia koordynatorka projektu Enhanced-MUMs. W celu zwiększenia trwałości membrany w warunkach dużego przepływu wody zespół wykorzystał nanomateriały węglowe, dodając je do roztworu polimeru wykorzystywanego do jej wytwarzania. Zanieczyszczenia i powstawanie biofilmu na powierzchni membrany prowadzi do zakłócenia jej działania i stanowi główne ograniczenie komercyjnych systemów filtracji. W związku z tym zespół postanowił ulepszyć swój produkt, dodając specjalne elementy światłoczułe, które po wystawieniu na działanie światła mogą wytwarzać pewne reaktywne formy tlenu zapobiegające gromadzeniu się bakterii i powstawaniu biofilmu na powierzchni membrany. Możliwość samodzielnej dezynfekcji przedłuża okres eksploatacji membrany, tym samym usprawniając cały system filtracji. Prace badawcze w ramach projektu zostały zrealizowane dzięki wsparciu udzielonemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Dzięki otrzymanemu stypendium doświadczona badaczka Rania Morsi mogła wykorzystać swoją wiedzę i doświadczenie w zakresie chemii polimerów, zdobywając jednocześnie nowe umiejętności z zakresu fotochemii i metodologii optycznych”, zauważa Ventura.
Przewaga nad konkurencją
Badania wykazały, że membrany opracowane w ramach projektu Enhanced-MUMs są porównywalne z najnowocześniejszymi komercyjnymi systemami filtracji wykorzystującymi polimery lub materiały ceramiczne do usuwania zanieczyszczeń w ramach procesów mikrofiltracji i nanofiltracji, które charakteryzują się znacznie wyższymi kosztami. To właśnie połączenie różnych elementów konstrukcyjnych wyróżnia rozwiązanie Enhanced-MUMs na tle konkurencji. „Przełom względem konkurencyjnych systemów uzdatniania wody polega na zastosowaniu biokompatybilnych polimerów, wzmocnieniu właściwości mechanicznych materiału oraz zastosowaniu mechanizmu samoczyszczącego indukowanego światłem. Z tego, co nam obecnie wiadomo, dotychczas żaden podmiot na rynku nie zastosował takiego wielofunkcyjnego rozwiązania”, zauważa Ventura.
Globalny potencjał
Membrany opracowane w ramach projektu Enhanced-MUMs są tanie, charakteryzują się przy tym doskonałymi osiągami i trwałością, a także świetną skalowalnością. Nie wymagają także wiele energii, co oznacza, że mogą okazać się doskonałym rozwiązaniem dla słabiej rozwiniętych części świata. „Przewidujemy, że nasze membrany znajdą zastosowanie w biedniejszych regionach, w których najczęściej występują problemy z dostępem do wody pitnej i susze. Mogą zostać wdrożone w kilku regionach zlokalizowanych w basenie Morza Śródziemnego, w których występują utrudnienia w dostępie do wody pitnej, w szczególności w miesiącach letnich – nasza technologia może jednak przysłużyć się wszystkim obszarom pustynnym na całym świecie”, podsumowuje Ventura.
Słowa kluczowe
Enhanced-MUMs, woda, czyszczenie, samodezynfekcja, membrana, filtr, woda pitna, woda morska
