In Wales is een nanomateriaal ontwikkeld dat de afbraak van synthetische verfstoffen in afvalwater katalyseert. Met name in ontwikkelingslanden kun je hiermee een enorm milieuprobleem oplossen, schrijven Charles Dunnill en collega’s van Swansea University in Scientific Reports.

Wereldwijd belandt naar schatting bijna 300.000 ton van zulke kleurtjes per jaar in het oppervlaktewater, vooral door toedoen van primitieve textielververijen die nog nooit van afvalwaterzuivering hebben gehoord.

Voor de fotokatalytische afbraak van dergelijke organische stoffen denk je allereerst aan de combinatie van zonlicht en titaandioxide. Maar die stof kan alleen iets met het ultraviolette deel van het spectrum. Voor een snelle en efficiënte afbraak moet je een katalysator hebben met een smallere bandkloof, die voldoende heeft aan de energetisch zwakkere fotonen in zichtbaar licht.

Dunnill koos voor een combinatie van twee van zulke materialen: tantaalnitride (Ta₃N₅) en wolfraamtrioxide met iets te weinig zuurstof, in de praktijk ongeveer W₁₈O₄₉. Berekeningen laten zien dat dat een hogere kwantumefficiëntie moet opleveren dan wanneer je beide materialen afzonderlijk gebruikt.

In de praktijk maak je eerst orthorombische Ta₃N₅-nanokristalletjes van 20-40 nm diameter door TaCl₅ te mengen met een eutectisch mengsel van NaCl en KCl als ‘oplosmiddel’. Die combinatie stel je bij 800 °C bloot aan ammoniak. Op die nanodeeltjes kweek je vervolgens draadvormige W₁₈O₄₉-kristalletjes uit WCl₆, via een solvothermisch proces met een mengsel van ethanol en ethyleenglycol als oplosmiddel. De ongeveer 32 nm dikke draadjes zorgen voor een enorm uitwendig contactoppervlak.

De onderzoekers hebben hun materialen uitgetest op de kleurstof Rhodamine B. In combinatie met wit licht blijken losse W₁₈O₄₉-deeltjes niet in staat die moleculen af te breken; kale Ta₃N₅-kristalletjes kunnen het wel, maar Ta₃N₅ met W₁₈O₄₉-draadjes er op doet het nog eens tweemaal zo goed. Die draadjes blijken Rhodamine B trouwens ook gewoon te adsorberen; als je de nanodeeltjes na korte tijd uit het water filtert voor hergebruik, komt 90 % van de aanwezige kleurstof intact mee.

De onderzoekers stellen dat het fabricageproces prima opschaalbaar is en dat het dus niet ondenkbaar is zulke deeltjes op grote schal in te zetten voor oppervlaktewaterzuivering. Of het ook betaalbaar is, hebben ze helaas nog niet uitgerekend.

bron: Swansea University