Membranen voor de selectieve verwijdering en terugwinning van fosfaat

Membranen spelen een belangrijke rol in de watertechnologie, bijvoorbeeld om door filtratie water te zuiveren maar ook bij de productie van drinkbaar zoet water uit zout zeewater door omgekeerde osmose. Hoewel membraantechnologie een lange historie kent, is het nog steeds niet mogelijk om in het water elementen die chemisch erg op elkaar lijken zoals natrium en kalium of fosfaat en sulfaat, van elkaar te scheiden.

Met een dergelijke technologie kunnen selectief componenten worden verwijderd en – nog belangrijker – teruggewonnen. Dit project richt zich op fosfaat, maar de uiteindelijke betekenis ervan reikt mogelijk verder. Eenmaal ontworpen en uitgedacht voor deze stof, is een soortgelijk concept met aangepaste chemie wellicht ook voor de terugwinning van andere elementen bruikbaar.

Technologie

Er zijn in grote lijn twee technieken denkbaar om fosfaat uit water te verwijderen: de een is gebaseerd op absorptie, de ander op membraantechnologie. Absorptie heeft als nadeel dat het kolommateriaal na verloop van tijd verzadigd raakt met fosfaat en moet worden geregenereerd. Daarom is hier gekozen voor membranen die selectief fosfaat doorlaten. Membranen die door Fujifilm zijn ontwikkeld worden hiertoe gemodificeerd met urea-achtige verbindingen.

Uitdaging

De uitdaging is tweedelig. Allereerst moet fosfaat worden gebonden in de aanwezigheid van andere ionen die in chemisch opzicht erg op fosfaat lijken. Dit betekent dat fosfaat selectief moet worden gebonden, zeker als de andere ionen in een hogere concentratie voorkomen dan het fosfaat zelf. De tweede uitdaging is om selectiviteit te combineren met een hoge flux. Selectiviteit vereist echter een zekere interactie (binding) tussen membraan en fosfaat, wat de doorstroom natuurlijk vertraagt. We staan dus voor de omvangrijke opdracht om twee tegenstrijdige vereisten – hoge selectiviteit en hoge flux – te combineren tot een werkbaar membraan.

Oplossing

Het beoogde resultaat is dat afvalstromen uit bijvoorbeeld de zuivelindustrie van fosfaat kunnen worden gezuiverd. Dit voorkomt de lozing van te veel fosfaat in het oppervlaktewater en daarmee eutrofiëring. Wellicht belangrijker is dat deze membraantechnologie het niet alleen mogelijk maakt om fosfaat te verwijderen, maar ook daadwerkelijk terug te winnen. Terugwinning is een belangrijk aspect. De fosfaatvoorraad opgeslagen in erts is immers eindig, terwijl nu al het gebruikte fosfaat uiteindelijk in zee belandt. Bevindingen van dit onderzoek kunnen mogelijk worden geëxtrapoleerd naar de selectieve terugwinning van andere elementen.