Eine neue Membranfiltertechnologie könnte dazu beitragen, Probleme der Wasserknappheit anzugehen

Jun 18, 2023

25. Juli 2023

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von der University of Colorado in Boulder

Forscher der CU Boulder haben ein neues Membran-Wasserfiltersystem entwickelt, das auf Luftblasen basiert und dabei helfen kann, Probleme der Wasserknappheit auf der ganzen Welt anzugehen.

Membranfilter nutzen im Allgemeinen Druck, um Wasser durch ein Sieb zu drücken, um unerwünschte Partikel und Verunreinigungen abzutrennen. Das Besondere an dem neuen Membransystem ist, dass es eine winzige Luftblasenschicht nutzt, um das Wasser zu destillieren, anstatt es zu sieben. Diese Änderung macht das System durchlässiger und kann unerwünschte Verunreinigungen besser entfernen als die heute üblichen Umkehrosmosesysteme.

Die neue Technologie wird in einem kürzlich veröffentlichten Zeitschriftenartikel in Science Advances beschrieben, und die Arbeit auf dem Campus wurde von Anthony Straub, Assistenzprofessor für Bau-, Umwelt- und Architekturingenieurwesen mit Ph.D., geleitet. Student Duong Nguyen war Erstautor.

Straub sagte, die Membran seines Teams könne in fortschrittlichen Wasseraufbereitungssystemen und anderen Anwendungen eingesetzt werden.

„Diese können bei der Entsalzung von Meerwasser und bei der Wiederverwendung von Abwasser zur Wasserreinigung in sehr hohem Maße genutzt werden“, sagte Straub. „Wir arbeiten auch laufend mit der NASA zusammen, um diese Membranen zur Wiederaufbereitung von Wasser bei Weltraumforschungs- und Forschungsmissionen zu nutzen.“

Aktuelle Membranen auf dem neuesten Stand der Technik sind alle in ihrer Verwendung durch den universellen Kompromiss eingeschränkt, dass Membranen mit hoher Wasserdurchlässigkeit auch Schwierigkeiten haben, Salz zu entfernen. Das heißt, Membranen, die ein großes Wasservolumen verarbeiten können, sind von Natur aus auch in ihrer Fähigkeit, dieses Wasser zu reinigen, begrenzt.

„Sie sind auch anfällig für den Abbau durch Chemikalien, die bei der Wasseraufbereitung verwendet werden“, sagte Straub. „Es bietet also viele Vorteile, diese Technologie weiterzuverfolgen und sie möglicherweise in bestehende Behandlungsprozesse zu integrieren.“

Nguyen stammt ursprünglich aus der Küstenregion in der Nähe von Hanoi in Vietnam, wo die Aufrechterhaltung einer sauberen Wasserversorgung aufgrund der Verschmutzung durch industrielle Aktivitäten immer noch eine große Herausforderung darstellt. Er sagte, er habe persönlich gesehen, wie sich ein Mangel an effizienten Wasseraufbereitungstechnologien und eine schlechte Wasserinfrastruktur negativ auf die Menschen in der Region ausgewirkt hätten.

„Meine Leidenschaft für die Sicherung der Wasserressourcen und die Verbesserung der Wasserqualität für meine Gemeinde – und weltweit – hat mich dazu bewogen, an der CU Boulder ein Studium zu absolvieren und über Wasseraufbereitungsmembranen zu forschen“, sagte er. „Die Universität genießt auf diesem Gebiet einen guten Ruf. Viele Dozenten sind Spitzenforscher auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung und -wiederverwendung, darunter auch mein Beraterprofessor Straub. Ich habe während meines Studiums viel von ihm gelernt, sowohl bei der Durchführung von Forschungsarbeiten als auch bei der beruflichen Weiterentwicklung.“ Doktorandenausbildung hier.“

Straub sagte, die Universität habe eine lange Geschichte in der Wasserwiederverwendungsforschung – vor allem durch das Membrane Science Engineering and Technology Center auf dem Campus und die laufenden Aktivitäten im Environmental Engineering Program. Er fügte hinzu, dass das Team die Colorado Shared Instrumentation in Nanofabrication and Characterization-Einrichtung auf dem Campus nutzte, um die äußerst interdisziplinäre Arbeit abzuschließen.

„Wir versuchen seit Jahren, diese Art von Membran herzustellen“, sagte er. „Wir werden nun nach Möglichkeiten suchen, es zu vergrößern und möglicherweise in bestehende Ansätze zur Wasseraufbereitung zu integrieren.“

Mehr Informationen: Duong T. Nguyen et al., Druckgesteuerte Destillation unter Verwendung von Air-Trapping-Membranen zur schnellen und selektiven Wasserreinigung, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg6638