Nieuwe desinfectiemethode op komst?

In China melden wetenschappers dat ze een nieuwe, milieuvriendelijke methode hebben ontwikkeld om water te ontsmetten. Ze stellen die nog wat op punt, maar verwachten dat die snel klaar zal zijn voor vermarkting.

Wetenschappers van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Yangzhou Universiteit hebben een techniek ontwikkeld voor het zuiveren van water die gebruikmaakt van grafitische koolstofnitridefilms (g-C₃N₄).

Hun prototype zuiverde in 30 minuten water dat veel ziekteverwekkers bevat. Daarbij doodde het meer dan 99,9999% van de bacteriën, zoals E. coli. Daarmee voldoet de microbiologische kwaliteit ervan aan China’s eisen voor schoon drinkwater. Het slaagde daarin zonder secundaire vervuiling te veroorzaken of zware metaalionenresiduen achter te laten.

Alternatief

De onderzoekers willen met hun oplossing een alternatief bieden voor bestaande technologieën. Om te beginnen voor metaalgebaseerde, fotokatalytische ontsmettingsmiddelen. Die werken vaak heel goed, maar soms blijven daarmee secundaire vervuiling of zware metaalionen als residu achter. Hun oplossing moet ook een alternatief worden voor ultraviolet licht, chloreren of ozon: die kunnen milieuvriendelijker zijn, maar zijn vaak minder efficiënt dan technologieën op basis van metaal.

Waterstofperoxide

Er is al veel gezocht naar alternatieve desinfectiemethodes op basis van koolstof, bijvoorbeeld met koolstofnanobuizen en grafeenoxide. Helaas bleken ze nog niet effectief genoeg om op volle schaal water te behandelen, omdat ze onvoldoende reactieve zuurstof produceerden om ziekteverwekkers te bestrijden. De wetenschappers zouden een oplossing hebben gevonden. Daarvoor gebruiken ze een uniek katalytisch ontwerp. Ze zetten nanofilms van grafitische koolstofnitride in, een ultradun tweedimensionaal materiaal dat licht absorbeert en reactieve zuurstof genereert. Hun films hebben aan de randen chemische groepjes die ervoor zorgen dat ze opvallend veel waterstofperoxide aanmaken. Die stof doodt bacteriën door hun celwanden te oxideren en hen nog andere, zware chemische schade toe te brengen.

De onderzoekers zeggen het als volgt: “De eerste orde-desinfectiesnelheid van onze oplossing is vijf keer hoger dan die van de metaalvrije fotokatalysator die tot nu toe als de beste bekend stond. Het verbruik van de katalysator is beperkt. De katalytische activiteit is vergelijkbaar met die van de beste metaalgebaseerde fotokatalysator. Vergeleken met alle andere metaalvrije fotokatalysatoren die vandaag, bij zichtbaar licht, in modellen gebruikt worden bij het desinfecteren van E. coli, is deze methode recordhouder wat efficiëntie betreft.”

Laatste optimalisaties

Het team zal nu de techniek nog wat optimaliseren om die daarna aan de markt aan te bieden. Volgens professor Dan Wang, een van de auteurs van het artikel dat die de onderzoeksresultaten beschrijft, impliceren de resultaten de eenvoud van het ontwerp en de lage prijs van de materialen die voor de technologie nodig zijn, dat ze vrij vlot op grotere schaal te produceren zal zijn.

Meer info: Chem, Teng and Yang et al.: “Edge-Functionalized g-C₃N₄ Nanosheets as a Highly Efficient Metal-free Photocatalyst for Safe Drinking Water” https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30572-2 ).

Door Koen Vandepopuliere