Flussi elevati per la filtrazione dell'acqua
La combinazione della scarsità di acqua e una popolazione crescente pone la società davanti a una domanda cruciale: come possiamo aumentare la produttività dei sistemi di filtraggio dell'acqua garantendo al contempo elevati standard di sicurezza dell'acqua potabile? Il progetto NANOPUR offre una soluzione sotto forma di una nuova membrana, che dovrebbe essere impiegata nei prossimi due/cinque anni. Per i cittadini europei l'uso quotidiano di acqua corrente è diventato sempre più automatico. Non solo beviamo l'acqua del rubinetto senza preoccuparci, ma non ci poniamo quasi mai domande sulla sua provenienza o qualità. Finora la tecnologie disponibili sono state soddisfacenti: dietro le quinte, i processi di filtraggio e sanitizzazione purificano l'acqua, rimuovendo tracce di microinquinanti e virus, in modo che l'acqua utilizzata torni di nuovo potabile. Grazie a questi processi, che includono la filtrazione a membrana, gli elementi come le sostanze farmacologiche, gli interferenti endocrini, i pesticidi e le sostanze chimiche industriali possono essere eliminati con sicurezza dalle acque trattate. Le tecnologie attuali sono però effettivamente efficienti? Secondo Sabine Paulussen, coordinatrice del progetto NANOPUR ("Development of functionalized nanostructured polymeric membranes and related manufacturing processes for water purification"), le concentrazioni di diversi microinquinanti nelle acque di superficie ancora superano i limiti per la salute umana (Human health limits - HHL), indicando che occorrono trattamenti efficaci per proteggere i consumatori da eventuali richi. Un altro problema è stato individuato nell'incrostazione delle membrana (fouling). Oggigiorno, i processi di membrana si basano sull'esclusione dimensionale. I pori di filtraggio delle membrane sono molto piccoli e questo significa che i flussi dell'acqua attraverso la membrana sono molto limitati. Pertanto, il processo di filtraggio non è sufficientemente efficiente e, considerando il crescente fabbisogno di acqua potabile e la sempre maggiore scarsità, queste limitazioni possono diventare un problema. Per affrontare questi problemi, il progetto NANOPUR sta sviluppando membrane artificiali che combinano la selettività delle membrane biologiche con la resistenza meccanica e la produttività delle membrane artificiali d'avanguardia. Il progetto promette una selettività dei patogeni fino al 99.99999 % e dei microinquinanti fino al 99 %, nonché una maggiore permeabilità e una riduzione del consumo energetico. Sabine Paulussen spiega cosa rende le nuove membrane così innovative e illustra i prossimi passi verso la loro commercializzazione. Quali sono i principali obiettivi del progetto? Il progetto NANOPUR intende sviluppare membrane nanostrutturate e nanofunzionalizzate in grado di rimuovere virus e microinquinanti organici dall'acqua, sia nelle applicazioni di entrata (Point of entry - POE) che di uscita (Point of use - POU). L'idea centrale è di superare la problematica apparentemente non risolvibile del rapporto tra una maggiore ritenzione e un minore flusso attraverso la membrana, per ottenere un'acqua potabile pura e sicura. Le membrane sviluppate nell'ambito del progetto NANOPUR sono caratterizzate da una migliore ritenzione dei virus e dei microinquinanti, mentre permettono elevati flussi riducendo la formazione di incrostazioni sulle membrane. A questo scopo, stiamo sviluppando membrane nanostrutturate a basso fouling, utilizzando la sintesi dal basso verso l'alto, per un migliore controllo della porosità, distribuzione dei pori, orientamento gerarchico dei pori, ruvidità della superficie ed energia della superficie. Al contempo, stiamo sviluppando e immobilizzando ligandi per il riconoscimento sovramolecolare, in particolare "polimeri a stampo molecolare" (MIP), sulle nuove membrane sviluppate per un'efficace cattura dei virus e dei microinquinanti. Quali sono le vostre aspettative in termini di prestazioni rispetto alle tecnologie esistenti? Attualmente vengono già usati i processi di membrana (osmosi inversa) per rimuovere i microinquinanti e i virus, ma sono basati sull'esclusione dimensionale. Date le piccole dimensioni dei virus e soprattutto dei microinquinanti organici, è necessario utilizzare membrane con pori molto piccoli, ma questo provoca pressioni molto elevate e flussi ridotti attraverso le membrane. Inoltre, sono necessarie procedure di pulitura continue. Il lavoro di NANOPUR sta fornendo una soluzione efficiente per superare questi problemi. Inoltre, miriamo a ridurre di 500 volte il consumo di energia rispetto ai processi di osmosi inversa, con un'analoga ritenzione di virus e microinquinanti. Quali sono state le maggiori difficoltà incontrate nello sviluppo delle membrane? Le principali difficoltà erano legate all'aumento del flusso attraverso le membrane conservando le dimensioni dei pori e il rapporto tra le membrane e l'affinità ligandi/MIP. Queste due questioni sono state in parte risolte applicando la tecnologia del plasma atmosferico per modificare l'energia di superficie delle membrane, inclusa la loro rete di pori, e per produrre gruppi funzionali alla superficie. Questi ultimi possono fungere da punti di ancoraggio per l'immobilizzazione dei MIP. Quanto sono promettenti i risultati ottenuti finora? Siamo effettivamente riusciti a immobilizzare i MIP su membrane funzionalizzate, mostrando un'ottima ritenzione di alcuni microinquinanti specifici. Inoltre, questi risultati sono ottenuti senza la necessità di applicare alcuna pressione. Questa tecnologia quando dovrebbe essere commercializzata? Il progetto si concluderà ad aprile 2015 e auspichiamo che la tecnologia raggiunga il mercato entro due/cinque anni. Quali saranno i prossimi passi del progetto e sono previste attività di follow-up? Nei prossimi sei mesi ci concentreremo sulla sperimentazione delle nuove membrane su scala pilota. Le membrane saranno utilizzate per il trattamento delle acque reflue contaminate da microinquinanti. Per ulteriori informazioni, visitare: NANOPUR solo in inglese
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Belgio