Naděje pro země třetího světa – filtrace vody přes nanovlákna a možnost se bez obav napít! 

Problém s pitnou vodou trápí jednu desetinu celosvětové populace! Více než 771 milionů lidí na planetě nemá přístup k čisté pitné vodě a kontaminace vody viry a bakteriemi je hlavní příčinou nemocí v rozvojových zemích.

V současné době se k udržení mikrobiální populace ve vodě pod kontrolou nejčastěji používají agresivní dezinfekční prostředky na bázi chlóru, případně membránové mikrofiltry k pročištění vody. Spolehlivost těchto metod je však sporná.

Při použití dezinfekčních prostředků dochází ke vzniku škodlivých vedlejších produktů dezinfekce a k nárůstu rezistentních patogenů, které jsou proti chlorování imunní.

V případě membránové mikrofiltrace je významným nedostatkem možné biologické znečištění a rychlé zanesení filtru. A pak také pronikání virů, které mikromembrána nezachytí, dále do vody.

Nemluvě o tom, že se životnost membrány snižuje, rapidně stoupá její propustnost a náklady na čištění se s každým dalším kolem filtrace zvyšují. Řešení? Vyrobit filtr, kterým se bleskurychle prožene kontaminovaná voda, pročistí se tak dobře, že je okamžitě pitná, a hlavně zdravotně nezávadná. Všechny tyto podmínky splňuje pouze filtr vyrobený z nanovláken.

Nanovlákna zachytí i ty nejmenší virové částice! 

Proč jsou nanovlákenné filtrační systémy tak slibné? Mezi nejzásadnější benefity patří nízká hmotnost filtru, vysoká permeabilita (propustnost) pro průtok vody a malá velikost pórů. To je předurčuje k zachytávání škodlivých částic o velikosti menší než 0,3 mikrometru!

Dalším významným pozitivem nanovlákenných filtrů je jejich rozmanitost. Filtrační média se mohou lišit tloušťkou, průměrem a distribucí vláken, porézností i propustností. Vše závisí na metodě zvlákňování a na zvoleném polymeru.

Zajímavost: Do nanofiltrů se nově přidávají tzv. nanobiocidy, což bývají např. kovové nanočástice, antibiotika a bakteriální činidla. Ty se přidají přímo do roztoku polymeru a zefektivňují výrobní proces filtru. Umožňují například výrobu nanovláken s upraveným povrchem v jednom kroku, tedy bez postprodukčních úprav. Výsledkem je extra jemná nanovlákenná síť, která nepropustí sebemenší choroboplodný zárodek, a její zhotovení je velmi rychlé.

K výrobě nanovláken pro filtry purifikující vodu (= příprava čisté pitné vody) se využívá několik metod. Mezi ty nejspolehlivější patří elektrostatické zvlákňování.

Elektrostatické zvlákňování – antimikrobiální povlak nebo samostatně fungující membrána!

Elektrostatické zvlákňování je jednoduchá, rychlá a účinná metoda tvorby nanovláken, které se účastní pouze tři složky, a to vysokonapěťový zdroj, zvlákňovací a sběrná elektroda.

Filtrační membrána zhotovená z nanovláken vychytává kolonie bakterií a virů z vody a nezpůsobuje žádné biologické znečištění. Díky této metodě má membrána prodlouženou životnost a nižší spotřebu energie. Umožňuje také čištění bez použití chemikálií a neprodukuje žádné vedlejší produkty dezinfekce.

Nanovlákna vykazují potenciál buď coby antibakteriální vrstva na filtr, nebo coby samonosná membrána. Mají mnohem vyšší povrchovou plochu a objem než konvenční mikrovlákna foukaná z taveniny, což zajišťuje účinnou separaci i těch nejmenších částic.

Zvlákňování z volné hladiny technologie Nanospider^TM – průmyslová výroba bez použití zvlákňovacích trysek!

Společnost Elmarco, přední dodavatel zařízení na výrobu nanovlákenných materiálů v průmyslovém měřítku, nabízí na trhu portfolio strojů Nanospider™ v široké škále – od přípravy laboratorních vzorků až po průmyslovou výrobu ve velkých objemech. Tato inovativní technologie zvlákňování z volné hladiny roztoku polymeru v silném elektrostatickém poli umožňuje zvlákňovat z celého povrchu roztoku, a to bez použití trysek.

V čem je tato metoda tak průlomová? Zejména v kvantitě. Po jejím zavedení mohla společnost Elmarco začít produkovat nanovlákna v průmyslovém měřítku a využít tak flexibilitu nastavení parametrů dle představ a potřeb produktu. Vstupní zdroje lze libovolně variovat a mnohostrannost technologie umožňuje zhotovit nepřebernou škálu nejrůznějších nanovlákenných materiálů, včetně extra účinných filtrů na kapalinu.

Zásadní benefity použití metody Nanospider^TM k výrobě filtračních membrán:

• Vysoká výrobní kapacita a rozšiřitelnost,
• Hospodárná průmyslová výroba a jednoduchá údržba,
• Flexibilita vstupních polymerů a podkladových materiálů,
• Nevídaná přesnost v „geometrii“ filtrů související s rovnoměrným průměrem nanovláken,
• Možnost přidat do procesu částice uhlíku a jiných aditiv pro účinnější a selektivnější filtrovaní vody,
• Veliká pevnost a propustnost – voda filtrem proudí rychle a průběh filtrace tedy není ničím zdržován.

Kromě jiného jsou filtry z nanovláken lehké, malé a odolné, takže se snadno dopraví všude po světě, včetně zmiňovaných zemí třetího světa. Lidé v těchto zemích se tak jednoduše a bez obav z nákazy dostanou k pitné vodě.

Použité zdroje:

1. Botes, M., & Eugene Cloete, T. (2010). The potential of nanofibers and nanobiocides in water purification. Critical reviews in microbiology, 36(1), 68‑81.
2. Lukas, D., Sarkar, A., & Pokorny, P. (2008). Self‑organization of jets in electrospinning from free liquid surface: A generalized approach. Journal of Applied Physics, 103(8), 084309.
3. Mikeš, P., Baker, D. A., Uhlin, A., Lukáš, D., Kuželová-Košťáková, E., Vidrich, A., ... & Tomani, P. (2021). The mass production of lignin fibres by means of needleless electrospinning. Journal of Polymers and the Environment, 29(7), 2164‑2173.
4. https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article‑6084259/The‑nanofiber-net‑capture-clean‑drinking-water‑air.html.