Naar de content

Nieuw oplosmiddel vangt metalen

TU Eindhoven via Danny van Osch

De natuur zit vol met metalen zoals kobalt, koper en nikkel, die we liever niet in ons water of voedsel terugzien. Met een nieuw oplosmiddel hopen onderzoekers van de TU Eindhoven het verwijderen van deze gevaarlijke stoffen een stuk makkelijker te maken.

Water zuiveren gaat ons tegenwoordig goed af, maar het verwijderen van metalen blijft een lastige klus. Vaak zijn technieken duur of nemen ze veel tijd in beslag. Bovendien blijken ze lang niet allemaal even milieuvriendelijk. Promovendus scheikundige technologie Dannie van Osch en zijn collega’s van de TU Eindhoven hopen hier in de toekomst verandering in te brengen. Met een nieuw oplosmiddel halen ze namelijk vrijwel alle metalen uit het water. En dat binnen vijf seconden.

Om deze snelle extractie voor elkaar te krijgen, gebruiken de Eindhovenaren een zogenoemde deep eutectic solvent (DES). Steeds meer universiteiten onderzoeken dit nieuwe type oplosmiddel omdat de DES – in tegenstelling tot de oplosmiddelen die we nu in fabrieken gebruiken – niet makkelijk verdampt en dus geen giftige dampen vormt. Ook vat een DES minder snel vlam, wat de veiligheid verhoogt. Van Osch wilde graag een DES gebruiken omdat je de stof gemakkelijk aan kunt passen. “Ik had een hydrofobe DES nodig, een mengsel dat niet in water oplost. Die bestonden nog niet, maar door verschillende combinaties van stoffen uit te proberen heb ik hem uiteindelijk gevonden.”

Vast naar vloeistof

De meest bijzondere eigenschap van een DES is de simpele maar toch ook vreemde bereiding. Van Osch gooide decaanzuur en lidocaïne bij elkaar, twee vaste stoffen, en liet ze twee uur roeren. Het resultaat: een vloeibaar oplosmiddel. “Deze formatie is uiterst apart”, aldus Van Osch. “Als je andere vaste stoffen zoals suiker en zout bij elkaar gooit en roert, zullen ze nooit vanzelf een vloeistof vormen.”

Waarom gebeurt dat hier dan wel? Om te beginnen moet je precies de goede stoffen gebruiken en ze in de juiste verhouding bij elkaar gooien. Dat heeft te maken met waterstofbruggen. Van Osch legt uit: “We denken dat de zuurgroep van decaanzuur een interactie, zogenaamde waterstofbruggen, aangaat met bepaalde waterstofatomen in de lidocaïne. Door deze bruggen vormen de twee vaste stoffen een complex. Het smeltpunt van dit complex ligt een stuk lager dan van de originele stoffen, dus verandert het in een vloeistof.”

Om te kijken of het oplosmiddel inderdaad metalen afvangt, mengde Van Osch zijn DES met water dat verschillende metaalionen bevatte. “Ik combineerde de DES met het water, schudde even flink en binnen vijf seconden was meer dan 99 procent van de metaalionen uit het water verdwenen”, zegt de promovendus trots. De verwijdering werkt erg efficiënt omdat het DES-complex negatieve groepen bevat. De lidocaïne wisselt een deel van zijn waterstofatomen uit met decaanzuur, waardoor je een COO- groep overhoudt. Van Osch: “De negatieve lading bindt goed aan de positieve lading van de metaalionen, dus de verwijdering gaat razendsnel.”

Drie buisjes met onderin een laagje gezuiverd water en daarboven een laagje DES waarin de metaalionen zijn opgenomen. In het linker buisje is kobalt verwijderd, het middelste buisje bevatte ijzer, en in het rechter buisje is een combinatie van kobalt, koper, nikkel en zink verwijderd.

 TU Eindhoven via Danny van Osch

Nog groener

Door de gemakkelijke synthese van het oplosmiddel en de simpele zuiveringsmethode die ze ontwikkelden, ziet Van Osch zeker mogelijkheden voor grootschalige toepassingen. En niet alleen voor de verwijdering van metalen. Samen met zijn collega Lawien Zubier, mede-bedenker van de hydrofobe DES, kijkt Van Osch naar de mogelijkheid om CO2 uit natuurlijk gas te halen. Dit zal de kwaliteit van het gas verbeteren, omdat CO2 de verbranding vertraagt.

“De voorlopige resultaten zijn veelbelovend, maar we moeten nog meer onderzoek doen voor we de DES op grote schaal kunnen gebruiken”, aldus Zubier. Voor de scheikundig technologen hun DES gaan toepassen zullen ze in ieder geval nog proberen om het oplosmiddel groener te maken. Van Osch: “Het decaanzuur haal je uit plantenextract, maar lidocaïne niet. Ik wil het liefst alleen maar groene moleculen gebruiken, dus ik ben op zoek naar een vervanger voor lidocaïne dat net zo goed werkt.”

Bron:
ReactiesReageer