Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Een op loofah geïnspireerde spons absorbeert vuil water bij kamertemperatuur en laat weer schoon water los bij opwarming door de zon.
Toegang tot schoon drinkwater is niet voor iedereen op de wereld vanzelfsprekend. Volgens het Environmental Protection Agency (EPA) leven zo’n 4,5 miljard mensen bij vervuilde waterbronnen. En elk jaar sterven meer dan 1,5 miljoen mensen, vooral kinderen, aan diarree doordat ze daaruit drinken. Wetenschappers van de Princeton University (VS) komen nu met een spons die water kan zuiveren. Ze publiceerden erover in ACS Central Science.
Lees ook:
- Oude Maya’s bouwden vernuftige waterfilters
- KAUST komt met vinding van het zuiverste water
- Hoe haal je metalen, mineralen en medicijnen uit het water?
Sponskomkommer
Wellicht ken je hem wel: de sponskomkommer, of loofah. Deze plant heeft vruchten die heerlijk zacht en sponsachtig zijn. Van de vruchten worden onder meer badsponzen en massagehandschoenen gemaakt. De onderzoekers, onder leiding van Rodney Priestley, lieten zich inspireren door de sponsachtige binnenkant van de loofahvrucht.
Het team maakte eerst een hydrogel van poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAm). Dit soort gels worden al langer onderzocht voor hun waterzuiverende werking, maar dat leverde nooit voldoende water op. Dat lag volgens Priestley en collega’s aan het feit dat de poriën van de gel niet goed genoeg te bereiken zijn voor watermoleculen.
Loofah-vruchten daarentegen, hebben grote, open poriën die met elkaar in verbinding staan en veel water kunnen opnemen. De onderzoekers maakten die structuur na in een PNIPAm-gel door een mengsel van water en ethyleenglycol (vaak gebruikt als antivriesmiddel) te gebruiken. Vervolgens legden ze een laagje van polydopamine en PSMBA (beide bekende biopolymeren) op de binnenkant van de poriën om ze meer stevigheid te geven.
Van kleurstoffen tot microplastics
Priestley en zijn team testten de ‘waterzuiveringsspons’ met kunstmatig licht dat zonlicht nabootst. De hydrogel absorbeerde water bij kamertemperatuur. Het licht verwarmde vervolgens de interne temperatuur tot 33 graden Celsius, daardoor veranderde de structuur en kwam zo’n 70 procent van het water binnen 10 minuten vrij. Dat is volgens de onderzoekers vier maal sneller dan andere PNIPAm-hydrogels.
Maar zuiverde het materiaal ook water? De onderzoekers dompelden de hydrogel onder in verschillende watermonsters, gevuld met kleurstoffen, metalen, olie of microplastics. In bijna alle testen kwam er na verwarming aanzienlijk schoner water uit. De spons is meermaals te gebruiken (hoe vaak precies is niet getest) door hem te wassen in water.
In waterbehoefte voorzien
Een van de watermonsters bevatte het zware metaal chroom. Chroomvergiftiging leidt tot onder meer lever- en nierfalen. Bovendien kan het op langere termijn kanker veroorzaken. De ‘badspons’ wist in twee behandelcyclussen het chroomgehalte in het watermonster van 40 deeltjes per miljoen (ppm) te verminderen tot minder dan 0,07 ppm. Daarmee zit de concentratie onder de door EPA vastgestelde limiet voor chroomdeeltjes in drinkwater.
Maar hoe zuivert de spons eigenlijk dat water? In de poriën van de hydrogel passen alleen watermoleculen, geen verontreinigingsdeeltjes. Haal je de spons vervolgens uit de waterbron en laat je hem opwarmen in de zon, dan verandert de structuur van de PNIPa-moleculen op zo’n manier dat ze water afstoten. Het gevolg is dat het water eruit stroomt, zonder al die vuildeeltjes dus.
De onderzoekers berekenden dat één spons in de dagelijkse waterbehoefte van een persoon kan voorzien (dat is: ruim 40 liter, naast drinkwater ook voor koken en douchen bijvoorbeeld). En dat op slechts zonlicht. Klinkt natuurlijk heel mooi, zo’n uitvinding. Maar de hydrogel moet nog wel verder worden ontwikkeld en dat zal ongetwijfeld nog jaren in beslag nemen.
Bronnen: ACS Central Science, American Chemical Association via EurekAlert!