Postęp w dziedzinie zrównoważonego uzdatniania wody
Celem oczyszczania wody jest poprawa jej ogólnej jakości. Wprawdzie stosowane obecnie techniki uzdatniania wody sprawdzają się dość dobrze, jeśli chodzi o samo oczyszczanie, ale wciąż jeszcze istnieją problemy, które musimy rozwiązać. Proces oczyszczania nie usuwa z wody pozostałości leków i związków organofluorowych, jak również wartościowych składników odżywczych, takich jak azotany i fosforany. Pozostawione w strumieniu odpadów składniki odżywcze mogą mieć negatywny wpływ na środowisko. Dlatego też zespół finansowanego przez Unię Europejską projektu E-motion zamierza pomóc zoptymalizować proces uzdatniania wody. „Naszym celem jest osiągnięcie postępów w zakresie selektywnego odzyskiwania jonów, w tym składników odżywczych (takich jak fosforany), z wody, w sposób opłacalny, wysoce wydajny i niewymagający użycia substancji chemicznych”, mówi Louis de Smet, profesor zajmujący się zaawansowanymi interfejsami i materiałami na Uniwersytecie w Wageningen, będącym wiodącym partnerem projektu. Żeby sprostać temu wyzwaniu, uczestnicy projektu podjęli prace nad separacją indukowaną elektrycznie.
Dostosowywanie selektywności jonów
Jak wyjaśnia de Smet, stosowana przez niego separacja indukowana elektrycznie polega na wykorzystaniu porowatych elektrod w celu adsorpcji elektrycznej określonych jonów ze strumienia ścieków. Proces ten określa się jako dejonizację pojemnościową. Czyni to poprzez zintegrowanie np. jonoselektywnych membran polimerowych. „Pomyślmy o membranie jak o sieci, która filtruje docelowy składnik odżywczy ze ścieków”, dodaje. Brzmi zupełnie prosto? Nie do końca. Jednym z wyzwań, przed którymi stanął zespół projektu, był fakt, że rozmiar jonów fosforanu utrudnia zaprojektowanie membrany, przez którą może przechodzić tylko fosforan. W związku z tym badacze przyjęli inne podejście i skupili się na odrzuceniu. „Zamiast membrany, przez którą może przechodzić fosforan, skupiliśmy się na zatrzymaniu fosforanu i przepuszczeniu wszystkich innych anionów”, zauważa de Smet. Dzięki połączonym kompetencjom interdyscyplinarnego zespołu projektu naukowcom udało się nie tylko dopasować selektywność jonów, ale też zrobić to w sposób, który wykracza poza wykluczenia oparte na wielkości. „Osiągnęliśmy to dzięki dostosowaniu chemii materiałów oraz zastosowaniu wyrafinowanych kombinacji materiałów, takich jak nowe materiały elektrodowe z membranami powlekanymi i niepowlekanymi”, wyjaśnia de Smet.
Lepsze zrozumienie selektywności jonowej indukowanej elektrycznie
Według de Smeta zespół projektu, wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, przyczynił się do dostarczenia nowych informacji na temat selektywności jonów indukowanej elektrycznie poprzez dostosowanie właściwości materiału i optymalizację parametrów systemu. „Wszystkie wyniki uzyskane w ramach projektu przyczyniają się do postępów w dziedzinie zrównoważonego uzdatniania wody”, podsumowuje uczony. Naukowcy są obecnie w trakcie badań końcowych. Zespół pozyskał dodatkowe fundusze z Niderlandzkiej Rady ds. Badań Naukowych, które zostaną wykorzystane do zbadania innych alternatywnych materiałów elektrod – w tym niektórych nanomateriałów stosowanych obecnie w zastosowaniach do przechowywania energii – w procesach separacji jonoselektywnej.
Słowa kluczowe
E-motion, ścieki, uzdatnianie wody, separacja indukowana elektrycznie, woda, azotany, fosforany, jony, dejonizacja pojemnościowa, materiały elektrodowe
