Gli scienziati dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia (DOE) hanno sviluppato un rivestimento fotoattivato per membrane di filtrazione, del tipo utilizzato negli impianti di trattamento delle acque, nei siti di produzione di semiconduttori e nell'industria alimentare e delle bevande, per renderli autopulenti, eliminando la necessità di spegnere i sistemi per ripararli.

Economico ed efficace, le membrane per la filtrazione dell'acqua esistono da anni, ma sono sempre state vulnerabili all'ostruzione da materiali organici e inorganici che ne ostruiscono i pori nel tempo, un fenomeno noto come fouling.

"Tutto quello che metti nell'acqua prima o poi si sporcherà, ", ha detto lo scienziato senior di Argonne Seth Darling.

Darling è direttore del centro di Argonne's Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS), un Energy Frontier Research Center (EFRC) sponsorizzato dal DOE.

"Quasi tutte le membrane utilizzate nel mondo reale funzionano con un meccanismo fisico, piccoli fori che bloccano tutto ciò che stai cercando di filtrare, " ha detto. "Ma non stanno facendo alcuna chimica. Questo è ciò che abbiamo cercato di cambiare mettendo un rivestimento sulla membrana che gli conferisce funzionalità chimica".

"Questo è ciò che differenzia la nostra scoperta dal lavoro precedente in questo settore, " ha detto Seth tesoro, scienziato senior presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento di Energia. "La membrana può continuare a essere in servizio, eliminando la necessità di, Per esempio, spegnere un sistema di filtraggio per pulire o sostituire le parti sporche."

Mentre coloro che lavorano nel campo della filtrazione dell'acqua hanno avuto un certo successo nella rimozione, pulizia e sostituzione delle membrane sporche, il processo è tutt'altro che ideale perché mette fuori servizio le membrane e talvolta interi sistemi di trattamento dell'acqua.

"Quello che stiamo cercando di fare è impedirlo del tutto, " ha detto tesoro.

Lui e la sua squadra sono nuovi, l'avanzamento a basso costo è un punto di svolta per le industrie che si affidano a questo tipo di tecnologia.

Il rivestimento che utilizzano è a base di biossido di titanio, o TiO ₂ , che è stato esplorato per anni per applicazioni di trattamento delle acque a causa della sua elevata stabilità, atossicità, basso costo e biocompatibilità.

Darling e il suo team hanno portato la tecnologia a un ulteriore passo avanti aggiungendo un po' di azoto alla miscela. Il processo, chiamato drogaggio azotato, rende la membrana sensibile alla luce visibile. Il rivestimento funge da catalizzatore che scompone i foulants, liberandoli dalla membrana, rendendolo così pulito.

"TiO . normale ₂ funzionerebbe ma solo con la luce ultravioletta, " disse Huiru Zhang, uno studente laureato che ha lavorato al progetto. "Potrebbe avere senso in alcune situazioni, ma è molto meno accessibile della luce visibile."

Rispetto al normale TiO ₂ , TiO . drogato con azoto ₂ le membrane rivestite mostrano un'efficienza fotocatalitica 24 volte superiore alla luce solare.

Il successo di Argonne in questo settore è unico:mai prima d'ora gli scienziati erano stati in grado di pulire le membrane da sole mentre funzionavano ancora come filtro.

"Questo è ciò che differenzia la nostra scoperta dal lavoro precedente in questo settore, "Darling ha detto. "La membrana può continuare a essere in servizio, eliminando la necessità di, Per esempio, spegnere un sistema di filtraggio per pulire o sostituire le parti sporche."

Darling e il suo team hanno recentemente pubblicato le loro scoperte sulla rivista Materiali funzionali avanzati .

"In linea di principio, la nostra scoperta può essere utilizzata ovunque le membrane siano nell'acqua, e anche come rivestimento su altri componenti negli impianti idrici, " ha detto tesoro.