Nanofilm reinigt water met zonlicht

Een nanogestructureerde film zorgt ervoor dat zonlicht water heel efficiënt desinfecteert. De truc is dat het materiaal al het zonlicht benut, en niet alleen het ultraviolette deel. Daardoor werkt het sneller.

Filteren met licht is een bekende methode om water te zuiveren. Doe water in een doorzichtige fles, leg die in de zon, en na zo’n 48 uur zijn alle bacteriën gedood. De zuiverende werking van licht komt van de ultraviolette straling die de pathogene cellen of direct afbreekt, of indirect sloopt door in het water zuurstofradicalen te maken die niet van pathogenen houden. Maar omdat de UV-fractie slechts 4 % van het zonlicht is, is er veel tijd nodig voordat het water drinkbaar is.

Volledige spectrum

Onderzoekers van Stanford University vroegen zich af of het niet mogelijk is om al het zonlicht voor de waterzuivering te gebruiken. Het antwoord vonden ze in zogeheten fotokatalytische materialen. Wanneer deze halfgeleidermaterialen licht absorberen komen elektronen vrij. Zowel die elektronen als de achterblijvende positief geladen 'gaten' maken in het water de zuurstofradicalen die vervolgens de bacteriën te lijf gaan. Voorbeelden van die fotokatalytische materialen zijn titaniumoxide en molybdeensulfide.

Gewoon gebruik van deze halfgeleidermaterialen heeft als nadeel dat ze nog steeds slechts een deel van het spectrum van het zonlicht benutten. Maar dit blijkt te veranderen wanneer er van het materiaal filmpjes van een enkele of een paar molecuullaagjes worden gemaakt. Daardoor veranderen de fysieke eigenschappen en benut het materiaal een veel groter deel van het zonlicht.

Binnen een uur

Waar bij gebruik van alleen zonlicht na 120 minuten minder dan 50 % van de bacteriën was gedood, was dat met de nanofilms van molybdeensulfide 99,999 %. Wordt er aan het molybdeensulfide een laagje koper of aluminium toegevoegd, dan zorgt hun katalytische werking ervoor dat dat percentage in 20 tot 60 minuten is bereikt.

Het maken van de nanofilms is volgens de onderzoekers niet heel ingewikkeld: eerst brengen ze een dunne laag molybdeen op een substraat, dat ze vervolgens laten reageren met zwavel. Daarbij ontstaan verticaal geordende laagjes molybdeensulfide van zo’n 40 nm (1 nm = 10^-9 m) dik, en dat is goed genoeg voor hun zuiverende werking. Vervolgens wordt er een 5 nm dik laagje koper of aluminium opgedampt.

Een praktische uitvoering van het zuiverende materiaal hebben de onderzoekers nog niet. Maar de potentie om zo efficiënt met zonlicht water te desinfecteren is veelbelovend.