Hoffnung für Länder der Dritten Welt – Wasserfiltration durch Nanofasern und die Möglichkeit, ohne Angst zu trinken!
Ein Zehntel der Weltbevölkerung leidet unter Problemen mit dem Trinkwasser! Mehr als 771 Millionen Menschen auf der Welt haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, und die Verunreinigung des Wassers durch Viren und Bakterien ist eine der Hauptursachen für Krankheiten in den Entwicklungsländern.
Um die mikrobielle Population im Wasser unter Kontrolle zu halten, werden derzeit am häufigsten aggressive Desinfektionsmittel auf Chlorbasis, ggf. Mikromembranfilter zur Wasserreinigung verwendet. Die Zuverlässigkeit dieser Methoden ist jedoch fraglich.
Die Verwendung von Desinfektionsmitteln führt zur Bildung schädlicher Desinfektionsnebenprodukte und zum Wachstum resistenter Krankheitserreger, die gegen die Chlorung immun sind.
Bei der Mikrofiltration mit Membranen besteht ein wesentlicher Mangel in der möglichen biologischen Verschmutzung und der schnellen Verstopfung des Filters. Und außerdem im Eindringen von Viren, die nicht von der Mikromembran aufgefangen werden, weiter ins Wasser.
Ganz zu schweigen davon, dass die Lebensdauer der Membran abnimmt, ihre Durchlässigkeit rasch zunimmt und die Reinigungskosten mit jedem weiteren Filtrationszyklus steigen. Lösung? Die Herstellung eines Filters, durch den kontaminiertes Wasser blitzschnell durchfließt und der es so gut reinigt, dass es sofort trinkbar und vor allem für die Gesundheit unbedenklich ist. Nur ein Filter aus Nanofasern erfüllt alle diese Bedingungen.
Nanofasern fangen selbst die kleinsten Viruspartikel auf!
Warum sind Nanofaser‑Filtersysteme so vielversprechend? Die wichtigsten Vorteile sind das geringe Gewicht des Filters, die hohe Durchlässigkeit (Permeabilität) für den Wasserdurchfluss und die kleine Porengröße. Dadurch sind sie prädestiniert, schädliche Partikel mit einer Größe von weniger als 0,3 Mikrometern aufzufangen!
Ein weiterer bedeutender Vorteil von Nanofaserfiltern ist ihre Vielfalt. Die Filtermedien können in Dicke, Faserdurchmesser und -verteilung, Porosität und Durchlässigkeit variieren. Es kommt auf das Spinnverfahren und das gewählte Polymer an.
Interessante Tatsache: Nanofiltern werden neu sogenannte Nanobiozide zugesetzt, bei denen es sich z. B. um Metallnanopartikel, Antibiotika und bakterielle Wirkstoffe handelt. Diese werden direkt der Polymerlösung zugesetzt und machen den Filterherstellungsprozess effizienter. Sie ermöglichen z. B. die Herstellung von Nanofasern mit modifizierter Oberfläche in einem Schritt, d. h. ohne nachträgliche Modifikationen. Das Ergebnis ist ein extrafeines Nanofasernetz, das selbst kleinste Keime nicht durchlässt und sehr schnell herzustellen ist.
Zur Herstellung von Nanofasern für Wasserreinigungsfilter (= Aufbereitung von sauberem Trinkwasser) werden mehrere Verfahren eingesetzt. Eine der zuverlässigsten Methoden ist das elektrostatische Spinnverfahren.
Elektrostatisches Spinnverfahren – antimikrobielle Beschichtung oder selbstständig funktionierende Membran!
Das elektrostatische Spinnverfahren ist ein einfaches, schnelles und wirksames Verfahren zur Bildung von Nanofasern, das nur drei Komponenten umfasst, nämlich eine Hochspannungsquelle, eine Spinn- und eine Sammelelektrode.
Die Filtermembran aus Nanofasern fängt Bakterien- und Viruskolonien aus dem Wasser auf und verursacht keine biologische Belastung. Dank dieser Methode hat die Membran eine längere Lebensdauer und einen geringeren Energieverbrauch. Außerdem ermöglicht sie eine chemiefreie Reinigung und erzeugt keine Desinfektionsnebenprodukte.
Die Nanofasern zeigen Potenzial, entweder als antibakterielle Schicht auf dem Filter oder als selbsttragende Membran. Sie haben eine viel größere Oberfläche und ein größeres Volumen als herkömmliche schmelzgeblasene Mikrofasern, was eine effektive Abscheidung selbst kleinster Partikel gewährleistet.
Erspinnung vom freien Spiegel – Technologie NanospiderTM – industrielle Produktion ohne den Einsatz von Spinndüsen!
Elmarco, ein führender Anbieter von Anlagen zur Herstellung von Nanofasermaterialien im industriellen Maßstab, bietet eine breite Palette von Nanospider™-Maschinen auf dem Markt an – von der Probenvorbereitung im Labor bis hin zur großvolumigen industriellen Produktion. Diese innovative Technologie der Erspinnung vom freien Spiegel der Polymerlösung in einem starken elektrostatischen Feld ermöglicht das Spinnen von der gesamten Oberfläche der Lösung ohne den Einsatz von Düsen.
In welcher Beziehung ist diese Methode so bahnbrechend? Vor allem in der Menge. Nach ihrer Einführung konnte die Gesellschaft Elmarco mit der Produktion von Nanofasern im industriellen Maßstab beginnen und dabei die Flexibilität nutzen, die Parameter entsprechend den Anforderungen des Produkts einzustellen. Die Eingangsrohstoffe können beliebig variiert werden, und die Vielseitigkeit der Technologie ermöglicht die Herstellung einer endlosen Vielfalt verschiedener Nanofasermaterialien, einschließlich besonders effizienter Flüssigkeitsfilter.
Grundlegende Vorteile der Verwendung der Methode NanospiderTM zur Herstellung von Filtermembranen:
- hohe Produktionskapazität und Erweiterbarkeit,
- kostengünstige industrielle Produktion und einfache Wartung,
- Flexibilität der Eingangspolymere und Basismaterialien,
- beispiellose Präzision in der „Geometrie“ der Filter bezogen auf den einheitlichen Durchmesser der Nanofasern,
- Möglichkeit der Zugabe von Kohlenstoffpartikeln und anderen Additiven zum Prozess für eine effizientere und selektivere Wasserfiltration,
- große Festigkeit und Durchlässigkeit – das Wasser fließt schnell durch den Filter, so dass der Filtrationsprozess durch nichts verzögert wird.
Darüber hinaus sind die Nanofaserfilter leicht, klein und widerstandsfähig, so dass sie überall auf der Welt, auch in den genannten Ländern der Dritten Welt, leicht transportiert werden können. Die Menschen in diesen Ländern können ohne Angst vor einer Ansteckung problemlos auf Trinkwasser zugreifen.
Verwendete Quellen
- Botes, M., & Eugene Cloete, T. (2010). The potential of nanofibers and nanobiocides in water purification. Critical reviews in microbiology, 36(1), 68‑81.
- 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.
- 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.
- https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article‑6084259/The‑nanofiber-net‑capture-clean‑drinking-water‑air.html.
