Hoe titaandioxide zorgt voor schoon en veilig drinkwater

De waterzuiveringsindustrie staat voor grote uitdagingen. Miljarden mensen hebben geen goede toegang tot drinkwater of tot faciliteiten om drinkwater te creëren.
De wetenschap zoekt oplossingen en daarbij duikt titaandioxide (TiO2) vaak op. TiO2 heeft diverse fotokatalyserende eigenschappen die drinkwaterfaciliteiten duurzamer en efficiënter kunnen maken.

Ook op langere termijn is er een belangrijke rol weggelegd voor titaandioxide, dat de door de mens veroorzaakte watervervuiling kan helpen aanpakken en de derde wereld aan veilig drinkwater kan helpen.

Efficiëntere faciliteiten

TiO2 kan de waterindustrie indirect helpen door betere faciliteiten mogelijk te maken. Naarmate de gebruikte materialen efficiënter worden, kan de focus worden verlegd naar belangrijkere zaken.

Waterleidingen van pvc zijn een voorbeeld hiervan. De levensduur van pvc wordt geschat op 100 jaar, mits correct onderhouden.

Pvc-buizen worden vaak ondergronds aangelegd, maar bovengronds komt ook regelmatig voor, met name in industriële toepassingen zoals voor de waterbehandeling. Boven de grond staan de buizen echter bloot aan uv-straling.

Wanneer pvc onbeschermd wordt blootgesteld aan zonlicht, veroorzaakt dat allerlei complexe reacties die de pvc-polymeren afbreken.

Leidingen in diverse kleuren

Decoratieve wand met pvc-waterleidingen in verschillende kleuren.

TiO2 kan hier uitkomst bieden. Titaandioxide verstrooit of absorbeert de meeste uv-straling, zodat de pvc-moleculen beschermd blijven. De Australische Plastics Industry Pipe Association (PIPA): “Onderzoek bevestigt dat titaandioxide pvc-leidingen uitstekend beschermt tegen uv-straling.”

De Australische normen voor pvc-buizen schrijven daarom al sinds de jaren 80 een zekere concentratie aan TiO2 voor.

Wat waterbehandeling betreft zijn de voordelen van TiO2 van uiteenlopende aard.

TiO2 wordt vaak toegepast om glas en beton gemakkelijker te kunnen reinigen. Als fotokatalysator kunnen specifieke typen TiO2 een reactie aangaan onder invloed van zonlicht en zo organische stoffen afbreken op en rond bijvoorbeeld betonnen muren en glazen ramen. Dit kan de onderhouds- en schoonmaakkosten van waterzuiveringsinstallaties verlagen.

Belangrijk voor R&D

De voordelen van titaandioxide voor de waterindustrie gaan echter veel verder dan louter en alleen gebouwen. De wetenschap ziet ook steeds meer in het gebruik van titaandioxide voor de behandeling van het water zelf.

“Er wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan naar TiO2, niet alleen op moleculair niveau maar bijvoorbeeld ook om energie te produceren”, aldus Kieran Nolan, hoofd Chemical Sciences van de Dublin City University (DCU) en expert in het onderzoek naar titaandioxide als waterzuiveringsmiddel.

Hij vervolgt: “Waterbehandeling verloopt meestal in drie stappen: primair, secondair en tertiair. TiO2 wordt gebruikt bij de derde stap en zou daar andere waterbehandelingsprocessen kunnen vervangen, zoals het gebruik van chloor.”

Titaandioxide is een erkende oplossing in het oxidatieproces, om water te ontdoen van ongewenste moleculen die bij de eerste en tweede waterbehandelingsfase worden gemist.

TiO2 treedt vaak op de voorgrond bij baanbrekend onderzoek. Neem bijvoorbeeld de mogelijke toepassing ervan in vellen grafeen als alternatief voor actieve kool in de zuiveringsfase van het waterbehandelingsproces.

Het team van Dr. Nolan aan de DCU werkt ook aan manieren om farmaceutische stoffen in het water en het milieu in het algemeen aan te pakken.

De afgelopen jaren worden steeds vaker vraagtekens gezet bij de aanwezigheid van farmaceutische stoffen, oplosmiddelen en grondstoffen in water, bijvoorbeeld in het afvalwater van de farmaceutische industrie zelf.

Bij verschillende onderzoeken in de Verenigde Staten, Canada en Europa zijn in het drinkwater sporen van farmaceutische stoffen aangetroffen. Er wordt nu onderzoek gedaan naar behandelmethoden die de detectie en afbraak van deze stoffen kunnen verbeteren.

Onderzoekers hebben diverse methoden voorgesteld om farmaceutische stoffen uit het afvalwater te verwijderen, bijvoorbeeld met TiO2 als fotokatalysator. Titaandioxide is betaalbaar, niet giftig en veilig.

TiO2 treedt vaak op de voorgrond bij baanbrekend onderzoek. Neem bijvoorbeeld de mogelijke toepassing ervan in vellen grafeen als alternatief voor actieve kool in de zuiveringsfase van het waterbehandelingsproces.

Grafeen is een rooster van één laag koolstofatomen. In 2004 is men erin geslaagd één zo’n laag te isoleren.

Aan een vel grafeen wordt ofwel TiO2 toegevoegd ofwel er wordt actieve kool gebruikt. In beide gevallen wordt hiermee beoogd allerlei moleculen af te breken die na de eerste twee zuiveringsfasen nog in het water aanwezig zijn.

“Dit onderzoek is nog behoorlijk state-of-the-art”, vertelt Dr. Nolan.

“We hebben aangetoond dat het werkt, maar het is erg duur.” Hoewel veel projecten nog in de R&D-fase zitten, is dit opnieuw een voorbeeld van wetenschappers die er met TiO2 in slagen om moeilijke problemen op te lossen.

Katalysator voor verandering

Titaandioxide is door de Royal Society of Chemistry (RSC) omschreven als ‘de toekomst van waterbehandeling’.

Titaandioxide kan bestaande technieken, zoals de SODIS-techniek, op een veilige en kosteneffectieve manier verbeteren.

SODIS staat voor Solar Disinfection, een eenvoudig idee dat al tientallen jaren bestaat en nu voor verandering zorgt in ontwikkelingslanden. Water wordt in transparante containers blootgesteld aan de zon. De zonne-energie doodt micro-organismen, zodat het water daarna veiliger is om te drinken.

In een rapport geeft de RSC aan dat SODIS een ‘goed beginpunt is voor een nieuw soort waterbehandeling, maar er is nog wel verbetering nodig’. Een van de belangrijkste problemen is dat het proces ‘redelijk langzaam’ verloopt.

Eén oplossing is om de binnenkant van de transparante containers (glazen of plastic flessen bijvoorbeeld) te coaten met een laagje minuscule TiO2-deeltjes. Dit versterkt de werking van het licht. Deze eenvoudige oplossing, mede dankzij TiO2, kan meer mensen aan schoon drinkwater helpen en daarmee veel levens redden.

Meer weten over TiO2 en zonlicht als waterzuiveringsmiddel? Kijk dan op deze pagina.

Het is overduidelijk dat er een belangrijke rol is weggelegd voor TiO2 in de waterzuivering, direct en indirect. De wetenschap blijft zoeken naar nieuwe manieren om titaandioxide in te zetten, want de mogelijkheden zijn eindeloos.