Waterzuivering wordt beter met nieuwe groene technologie

Een verbeterde schone en groene manier om materialen te coaten voor efficiënte afvalwaterzuiveringsprocessen is nu mogelijk dankzij het Vortex Fluidic Device.

Het aanpassingsvermogen en bredere toepassingen voor schone chemie van het buitengewone Vortex Fluidic Device (VFD) – uitgevonden door professor Colin Raston van de Flinders University – blijft onverwachte innovaties opleveren.

Deze keer is de VFD gebruikt om het potentieel voor waterbehandeling met realtime detectie van onzuiverheden aan te tonen.

Sinds 2013 werkt professor Raston met zijn team aan het verkennen van de mogelijkheden van de VFD, die in staat is om chemische reactiviteit, materiaalverwerking en de structuur van zelfgeorganiseerde systemen te controleren, waardoor snelle en nu voorspelbare wijzigingen mogelijk zijn.

De VFD heeft zijn vermogen getoond in de synthese van esters, amiden, ureums, imines, alfa-aminofosfaten, beta-keto-esters, gemodificeerde aminozuren en het lokale anestheticum, lidocaïne.

Nu heeft Dr. Xuan Luo, van het Flinders University’s College of Science and Engineering, onderzoek geleid naar het gebruik van de VFD om composietmaterialen voor te bereiden en te coaten voor kleurstofafbraak/waterzuivering.

“De VFD maakt het mogelijk om het materiaal als één laag te coaten, maar ook als gescheiden banden voor meerstapsreacties”, zegt Dr. Luo. “Deze opstelling is van toepassing op meerdere synthetische kleurstoffen en we zagen een dramatische toename in degradatie-efficiëntie tijdens het gebruik van de VFD.”

Huidig ​​onderzoek richt zich op effectievere en robuustere coatings die moeten worden gemaakt op een flexibel membraan dat kan worden opgerold en in VFD kan worden gestoken en vervolgens kan worden verwijderd, gespoeld en na de reactie weer opgeslagen.

“De toepassingen zijn niet alleen van toepassing op waterbehandeling, maar hebben ook een enorm potentieel op gezondheidsgerelateerde gebieden zoals diagnostiek”, zegt Dr. Luo.

Het onderzoek, “Magnetite Nanoparticle/Copper Phosphate Nanoflower Composites for Fenton-like Organic Dye Degradation”, is gepubliceerd in ACS toegepaste nanomaterialen.

De geteste techniek bood een snelle en duurzame manier om drie verschillende VFD-toepassingen te gebruiken voor materiaalfabricage, reactorcoating en materiaal “banding”. De materialen werden magnetisch tegen het oppervlak van de snel roterende buis van de VFD gehouden, waardoor de katalytische activiteit bij het afbreken van vier verschillende organische kleurstoffen onder realtime monitoring werd verbeterd, met een ten minste vijfvoudige toename van de degradatie-efficiëntie in vergelijking met batchverwerking.

Om de prestaties van het platform verder te verbeteren, werd de VFD-buisreactor chemisch gemodificeerd, met een dunne laag van silica-geactiveerde koolstof xerogel-coating die zich synergetisch gedraagt ​​met de composiet nanoflowers. Deze gecoate buis is zeer stabiel en herbruikbaar en verhoogt de degradatie-efficiëntie drastisch met ongeveer 30-voudig in vergelijking met batchverwerking.

De integratie van een op ultraviolet zichtbare spectroscopie gebaseerde sonde maakt realtime monitoring van de reactie mogelijk en biedt ook een direct hulpmiddel om de coatinglaag na de reactie te evalueren.

Deze studie biedt een rationeel ontwerp van hybride materialen en het gebruik van een gemodificeerde VFD-buisreactor voor een efficiënte afbraak van organische kleurstoffen in realtime.

Snelle en groene materiaalfabricage, gekoppeld aan een aanzienlijk verbeterde verwerkingsefficiëntie, is effectief voor waterbehandeling – van fundamenteel onderzoek tot de toepassingsindustrie, voegt professor Colin Raston toe.

“Het onderzoek zal leiden tot nieuwe vormen van detectie, die van belang zullen zijn in andere toepassingen, zoals in membraan- en coatingtechnologieën”, zegt hij.