ENGINEERINGNET.NL - De klassieke methode om specifieke metalen uit water te krijgen is het gebruik van vluchtige organische oplosmiddelen. Dat werkt goed, maar het is niet zo veilig, en de oplosmiddelen zijn vaak giftig.
Mede daarom zoekt de wetenschap naarstig naar alternatieven. Dat werd eind vorige eeuw gevonden in zogenaamde ionische vloeistoffen. Maar die hebben als nadeel dat de productie lastig is en er weer organische oplosmiddelen voor nodig zijn. Daardoor zijn ze duur, en door hun stroperigheid zijn ze ook moeilijk toepasbaar op industriële schaal.
TU/e-promovendus Dannie van Osch ontdekte vorig jaar samen met onder meer zijn collega Lawien Zubeir een nieuwe categorie van oplosmiddelen, zogenaamde ‘hydrofobe (waterafstotende) deep eutectic solvents’ . De productie ervan is simpel: de bestanddelen samenvoegen en een paar uur schudden volstaat.
Nu laat Van Osch zien dat hij met zo’n hydrofobe DES in enkele seconden zware metalen, zoals nikkel en ijzer, uit water kan halen. Hoe? Door het oplosmiddel stevig door het verontreinigde water te schudden.
Het oplosmiddel neemt de metalen op, en komt vrijwel direct weer bovendrijven op het water, doordat het waterafstotend is. Dat maakt de scheiding van water en oplosmiddel vervolgens eenvoudig. Doordat het middel, in tegenstelling tot de vluchtige oplosmiddelen, bijna niet verdampt, zijn er ook amper veiligheidsrisico’s.
Deep eutectic solvents (DESs) werden in 2003 ontdekt. Het zijn zelfs voor chemici wonderlijke stoffen. Ze ontstaan door twee vaste stoffen te mengen. Normaal gesproken gebeurt dan niets, maar specifieke combinaties van stoffen worden samen ineens vloeibaar, en dan ontstaat een DES. Sinds 2003 is er een explosie aan onderzoek naar DESs, waaruit bleek dat ze allerlei speciale eigenschappen hebben.
Voor waterzuivering leken ze echter niet geschikt, doordat ze te goed in water oplossen. Een stof die goed in water oplost is niet geschikt als waterreiniger, doordat hij moeilijk uit het water te krijgen is.
De twee stoffen die tesamen een DES vormen, waren tot nu toe altijd goed in water oplosbaar, dus was de verwachting ook niet dat er een categorie van waterafstotende DESs zou worden gevonden. “Dat kan helemaal niet, dachten we eerst”, vertelt Van Osch. Maar het lukte hem en zijn collega-onderzoekers toch, vorig jaar.
Inmiddels zijn de Eindhovense onderzoekers erin geslaagd om met hydrofobe DESs niet alleen metalen uit water te halen, maar ook om op een zeer effectieve manier CO2 af te vangen. En daar houdt het zeker niet op, verwachten ze.
“Dit is een doorbraak, en de potentie is enorm”, stellen Van Osch en Zubeir. Ze verwachten dat hun vinding gaat leiden tot een hausse aan vervolgonderzoek wereldwijd.
Toch is nog minstens tien jaar aan onderzoek nodig voordat er een DES voor metaalverontreiniging in de winkel ligt, verwachten de onderzoekers. Een van de te nemen hobbels is dat ze graag het volledige metaalzout uit het water willen krijgen.
Metalen zitten namelijk meestal in de vorm van metaalzouten in het water. Een voorbeeld is het metaalzout kobaltchloride, dat in water uiteen valt in het metaal kobalt enerzijds, en chloride anderzijds. De oplossing van Van Osch en zijn mede-onderzoekers haalt het kobalt eenvoudig uit het water, maar het chloride nog niet helemaal.
Het onderzoek is deel van een breed onderzoeksprogramma met steun van de Europese papierindustrie en de EU (http://www.providespaper.eu/).
(bron en foto: TU/e)
Op de foto:
Drie buisjes met onderin een laagje gezuiverd water en daarboven een laagje DES waarin de metaalionen zijn opgenomen. In de buisjes (vlnr) is respectievelijk kobalt verwijderd, ijzer, en een combinatie van kobalt, koper, nikkel en zink.
Het artikel ‘Removal of Alkali and Transition Metal Ions from Water with Hydrophobic Deep Eutectic Solvents’ is verschenen in het wetenschappelijke blad Chemical Communications, met DOI-nummer 10.1039/C6CC06105B . De auteurs zijn Dannie van Osch, Dries Parmentier, Carin Dietz, Adriaan van den Bruinhorst, Remco Tuinier en Maaike Kroon.
