Så kan vatten renas från kvicksilver

Vatten som förorenats av kvicksilver och andra giftiga tungmetaller orsakar stora miljö- och hälsoproblem i världen. Nu presenterar chalmersforskare ett helt nytt sätt att effektivt rena giftigt vatten med hjälp av elektrokemi. Resultaten publicerades nyligen i den ansedda tidskriften Nature Communications.

– Vår metod gör det möjligt att ta bort mer än 99 procent av kvicksilvret i en vattenlösning. Det går att rena vatten så att det med god marginal klarar etablerade gränsvärden för säkert dricksvatten, säger forskningsledaren Björn Wickman på institutionen för fysik på Chalmers.

Det är ett angeläget problem som han och forskarkollegan Cristian Tunsu har tagit sig an. Enligt Världshälsoorganisationen, WHO, tillhör kvicksilver de allra skadligaste ämnena för människors hälsa. Bland annat påverkar det vårt nervsystem och hjärnans utveckling. Ämnet är speciellt farligt för barn och kan överföras från mor till barn under graviditeten. Ett stort problem är att kvicksilver sprids mycket lätt i naturen och dessutom ansamlas i näringskedjan. Till exempel innehåller insjöfisk ofta för höga halter av kvicksilver.

– Idag finns det inte någon etablerad teknik som klarar av att rena stora mängder vatten från låga, men ändå mycket skadliga, koncentrationer av kvicksilver. Även industrin behöver bättre metoder för att ytterligare kunna minska mängden kvicksilver som släpps ut i naturen, säger Björn Wickman.

Under de senaste två åren har han och Cristian Tunsu studerat en elektrokemisk process som gör att vatten kan renas från kvicksilver. Metoden bygger på att tungmetalljonerna försvinner från vattnet genom att dessa istället bildar en legering med en annan metall. Den nya tekniken har testats noga och resultaten från omfattande laboratorietester har nu publicerats.

– Resultaten har verkligen överträffat förväntningarna som vi hade när vi började testa tekniken, säger Björn Wickman.

Den nya uppfinningen kan beskrivas som en metallplatta – en elektrod – som binder specifika tungmetaller till sig. Elektroden består av ädelmetallen platina och med elektrokemins hjälp tar den upp det giftiga kvicksilvret så att en blandning av metallerna bildas. På så sätt renas alltså vattnet. Legeringen av de två metallerna är dessutom väldigt stark. Därför kan inte den giftiga tungmetallen lösa sig i vattnet på nytt.

– Legeringar av det här slaget har gjorts förut, men i helt andra syften. Det är första gången som tekniken med elektrokemisk legering används för att rena tungmetaller från vatten, säger Cristian Tunsu, forskare på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.

En fördel med den nya reningstekniken är att elektroden har mycket stor kapacitet. Varje platina-atom kan nämligen binda fyra kvicksilveratomer till sig. Dessutom fäster det giftiga ämnet inte bara på ytan, utan tränger även in i materialet och bildar tjocka lager. Det gör att elektroden kan användas under en längre tid. När metallen inte kan ta upp mer av det giftiga ämnet kan den på ett kontrollerat sätt tömmas. Det innebär att man både kan återanvända elektroden och att det giftiga ämnet kan tas om hand på ett säkert sätt. Dessutom är processen mycket energisnål.

– En annan sak som sticker ut med vår teknik är att den är väldigt selektiv. Trots att det finns många olika typer av ämnen i en vattenlösning är det bara kvicksilvret som fångas upp. Därför slösar vi inte kapacitet på att ta bort ofarliga ämnen ur vattnet, säger Björn Wickman.

Den nya vattenreningsmetoden är patentsökt och för att kunna kommersialisera tekniken har uppstartsbolaget Atium bildats. Den nya uppfinningen har redan belönats med ett antal priser och utmärkelser. Bland annat har grundarna fått ta emot regionens Skapa-pris, Tänk om-stipendiet, WaterCampus Business Challenge och priser i Venture Cup. Forskarna och kollegorna i bolaget har även fått god respons från industrin.

– Vi har redan fått positiva reaktioner från ett flertal intressenter som gärna vill testa metoden. Just nu arbetar vi för att få fram en prototyp som ska testas utanför laboratoriet under verkliga förhållanden, säger Björn Wickman.

Läs den vetenskapliga artikeln "Effective removal of mercury from aqueous streams via electrochemical alloy formation on platinum” i Nature Communications.

Så kan den nya metoden användas:

Tekniken kan användas för att minska mängden avfall och öka reningsgraden av avfalls- och processvatten i kemisk industri, gruvindustri och metallproduktion.

Den kan bidra till bättre miljösanering av platser med förorenad mark och rena vattendrag och sjöar.

Den kan även användas för rening av dricksvatten i hårt drabbade områden, eftersom den tack vare sin låga energiförbrukning kan drivas helt av solceller och därför kan utvecklas till en mobil och återanvändningsbar vattenreningsenhet.

Mer om tungmetaller i vår miljö:

Tungmetaller i vatten och vattendrag utgör ett enormt miljöproblem som påverkar hälsan för miljontals människor i världen. Tungmetaller är giftiga för alla levande organismer och ansamlas i näringskedjan. Enligt Världshälsoorganisationen, WHO, är kvicksilver ett av de skadligaste ämnena för människors hälsa. Bland annat påverkar det vårt nervsystem och hjärnans utveckling. Ämnet är speciellt farligt för barn och foster.

Idag finns det strikta regleringar när det gäller hanteringen av giftiga tungmetaller för att hindra deras spridning i naturen. Det finns ändå mängder av platser som redan blivit förorenade eller som påverkas av nedfallet av luftburet kvicksilver som kan komma från andra länder. Detta har resulterat i att det finns områden i vår natur där mängden tungmetaller når giftiga koncentrationer. Till exempel är höga halter av kvicksilver i insjöfisk ett välkänt miljöproblem. Även i Sverige är tungmetallföroreningar ett allvarligt problem och fisken i majoriteten av våra sjöar innehåller mer kvicksilver än gränsvärdet.
Inom industri där tungmetaller används, inom återvinning, rening och sanering finns ett stort behov av nya och bättre metoder för att rena vatten från giftiga tungmetaller.

För mer information:

Björn Wickman, forskare på institutionen för fysik, Chalmers, 031-772 51 79, bjorn.wickman@chalmers.se

Cristian Tunsu, forskare på institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers, 031-772 29 45, tunsu@chalmers.se

Taggar: