Uit onderzoek blijkt dat nanofiltratiemembranen het meest effectief zijn bij het aanpakken van farmaceutische vervuiling

Uit een uitgebreid overzicht van de wetenschappelijke literatuur is gebleken dat nanofiltratie (NF)-membraantechnologieën de meest effectieve methode zijn voor het verwijderen van farmaceutische verontreinigingen uit waterbronnen, aldus onderzoekers van de Universiteit van Sharjah.

“De NF-membranen vertonen een hoge werkzaamheid bij het verwijderen van een breed spectrum aan farmaceutische stoffen, met name hoogmoleculaire en geladen verbindingen”, rapporteren de wetenschappers in het tijdschrift Schoner water.

NF-membranen zijn drukgestuurde filtratiesystemen die veel worden gebruikt in verwijderingstechnologieën om verontreinigende stoffen zoals farmaceutische stoffen uit afvalwater- en waterbehandelingsprocessen te extraheren. Met een poriegrootte van 1 tot 10 nanometer laten deze membranen water en kleine ionen door, waardoor verschillende verontreinigende stoffen effectief worden geblokkeerd, inclusief resterende en ongebruikte geneesmiddelen.

Het onderzoek van de auteurs omvatte een systematische zoektocht naar peer-reviewed tijdschriften, overheidsrapporten en branchepublicaties. Hun doel achter de evaluatie was om zoveel mogelijk gegevens te verzamelen om de aanwezigheid van farmaceutische stoffen in watersystemen op te sporen, hun negatieve impact op het milieu en de menselijke gezondheid te beoordelen en een basis te bieden voor toekomstige risicobeoordelingen.

Belangrijk is dat de review niet beperkt was tot NF-membranen. Het evalueerde ook de prestaties van verschillende membranen bij het verwijderen van farmaceutische producten, waaronder commerciële NF-membranen, polymere NF-membranen geproduceerd door grensvlakpolymerisatie en laag-voor-laag (LbL) assemblage, keramische NF-membranen en hybride NF-membranen.

“Gegevens over verwijderingsefficiëntie, vervuilingsneigingen en operationele omstandigheden werden uit relevante onderzoeken gehaald om de effectiviteit van elk membraantype te vergelijken”, leggen de onderzoekers uit. Ze voegen eraan toe dat in de review de beperkingen en uitdagingen zijn onderzocht die aan elke membraancategorie zijn verbonden, inclusief vervuilingsmechanismen, economische haalbaarheid en schaalbaarheid voor grootschalige toepassingen.

“De review omvatte ook studies over de sociaal-economische aspecten en toekomstvoorspellingen voor nanofiltratiemembranen, waardoor een uitgebreid inzicht werd verkregen in hun haalbaarheid en duurzaamheid voor de verwijdering van farmaceutische producten”, merken de wetenschappers op.

De auteurs benadrukken dat, in tegenstelling tot eerdere reviews in het veld, die zich voornamelijk richten op adsorptietechnieken en algemene membraantechnologieën voor farmaceutische verwijdering, hun onderzoek een diepgaande analyse presenteert van specifiek de rol van NF-membranen. Het onderzoek wijst ook op een aanzienlijke toename van het aantal relevante publicaties tussen 2014 en 2024.

“Deze nadruk weerspiegelt de snelle uitbreiding van NF-toepassingen, vooral wat betreft de verwijdering van farmaceutische producten”, beweren zij, waarbij ze benadrukken dat gegevens aantonen dat onderzoekers over de hele wereld bezig zijn met onderzoeken naar de manier waarop verontreinigende stoffen zoals farmaceutische producten uit waterbronnen kunnen worden verwijderd, en hoe ze het bewustzijn van hun schadelijke effecten op ecosystemen en de menselijke gezondheid kunnen vergroten.

De onderzoekers beweren dat NF-technologieën een exponentiële groei doormaken als onderdeel van de mondiale inspanningen om te voldoen aan de vraag naar duurzame afvalwaterzuiveringsprocessen die farmaceutische verontreinigende stoffen op duurzame wijze kunnen verwijderen.

Ze benadrukken dat innovaties zoals nanofiltratie met organische oplosmiddelen (OSN), afstemming van de oppervlaktelading en de integratie van nanomaterialen de weg vrijmaken voor efficiëntere en aanpasbare NF-systemen, die veelbelovende mogelijkheden bieden voor de behandeling van met medicijnen beladen afvalwater.

Organische oplosmiddelnanofiltratie (OSN), een drukgestuurde membraantechnologie, maakt gebruik van oplosmiddelbestendige nanofiltratie. De technologie krijgt steeds meer erkenning omdat deze economisch levensvatbaar is en milieuvriendelijker is gebleken dan traditionele scheidingstechnologieën zoals destillatie. “Vooral OSN is naar voren gekomen als een haalbare methode voor zuivering op moleculair niveau in oplosmiddelrijke omgevingen vanwege de verbeterde oplosmiddelstabiliteit en selectiviteit”, benadrukken de auteurs.

De wetenschappers benadrukken het belang van academisch onderzoek naar NF-technologieën, vooral in de context van het verwijderen van farmaceutische verontreinigingen uit afvalwater. Ze onderstrepen dat er meer gericht onderzoek en intensievere inspanningen nodig zijn en dat er een hogere mate van concentratie en aanzienlijke inspanningen nodig zijn van de kant van onderzoekers die verwijderingstechnologieën onderzoeken die gebruik maken van verschillende soorten membranen.

“Voor commerciële NF-membranen is er een dringende behoefte om de schaalbaarheid en prestaties onder reële afvalwateromstandigheden te beoordelen”, vervolgen de auteurs. Zij merken op dat deze omstandigheden vaak gepaard gaan met “complexe mengsels van farmaceutische producten en bijkomende contaminanten zoals voedingsstoffen, organische verontreinigingen, zware metalen, PFAS en microplastics, een gebied dat nog onvoldoende onderzocht is.”

De auteurs tonen aan dat NF-membranen, in tegenstelling tot andere drukgestuurde filtratiesystemen, op maat kunnen worden gemaakt om afvalwater dat is verontreinigd met een breed scala aan farmaceutische verbindingen effectief te behandelen. Ze zeggen echter dat de prestaties van NF-membraan nauw verbonden zijn met verschillende variabelen, waaronder de membraansamenstelling, operationele parameters en de fysisch-chemische eigenschappen van de doelverontreinigende stoffen.

Van de besproken geavanceerde NF-technologieën pleiten de auteurs blijkbaar voor het gebruik van keramische NF-membranen, daarbij verwijzend naar hun uitzonderlijke thermische en chemische weerstand, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor veeleisende behandelingsscenario’s. De acceptatie ervan is echter tot nu toe beperkt, voegen ze eraan toe, voornamelijk vanwege de hogere kosten die met de productie gepaard gaan.

De auteurs bevelen de integratie aan van polymere NF-membranen met verbeterde vervuilingsweerstand om de prestaties te verbeteren.

Daarentegen ontmoedigen ze sterk de afhankelijkheid van conventionele afvalwaterzuiveringsmethoden, zoals coagulatie, UV-desinfectie en fundamentele biologische afbraak vanwege hun consequent beperkte verwijderingsefficiëntie (<70%) voor recalcitrante geneesmiddelen.