Razvoj multifunkcionalnih nanokompozitnih vlaknastih elektrod za elektro-oksidacijsko filtracijo

Naraščanje števila prebivalstva, pojav novih in težje odstranljivih onesnaževal vključno s pomanjkanjem primernih vodnih virov, omejujejo sposobnost trenutnih tehnologij čiščenja in dezinfekcije vod, zaradi česar zagotavljanje čiste in pitne vode predstavlja rastoč problem po vsem svetu. Elektro-oksidacijska filtracija je hibridna tehnologija, ki je kombinacija filtracije in elektro-oksidacije ter tako združuje prednosti obeh tehnologij. Pri tej tehnologiji je porozen filtracijski material tudi električno prevoden in tako hkrati služi kot elektroda, ki s pomočjo zunanjega električnega vira omogoča elektro-kemijske reakcije. Takšna elektroda ima izjemno povečano površino, zaradi česar je njeno delovanje močno izboljšano, saj se elektro-kemijski procesi odvijajo tik ob površini elektrod. Ta hibridna tehnologija omogoča oksidacijo organskih onesnaževal, redukcijo anionov in halogeniranih organskih spojin, odstranjevanje toksičnih težkih kovin, deionizacijo soli, dezinfekcijo vode in hkrati zmanjšanje mašenja por kar podaljša življenjsko dobo filtracijskega materiala. Nanotehnologija omogoča izboljšanje obstoječih in razvoj novih tehnologij čiščenja vod. Imobilizacija nanomaterialov, kot so na primer srebrove nanožičke, v vlaknaste substrate omogoča pripravo večfunkcionalnih poroznih nanokompozitov. Cilj raziskav je priprava obstojnih večfunkcionalnih vlaknastih nanokompozitov, ki so lahko uporabljeni kot porozna elektroda v elektro-oksidacijski filtracijski celici za čiščenje vod. Električno prevodni in antimikrobni vlaknasti nanokompoziti delujejo kot filtracijski material in elektroda hkrati. V okviru projekta bodo večfunkcionalne srebrove nanožičke na različne načine imobilizirane na ali v vlaknaste substrate. Nanomateriali izkazujejo odlične antimikrobne lastnosti in mikroorganizmi na njih ne razvijejo odpornosti. Odpornost bakterij na antibiotike je postala ena izmed večjih nevarnosti za javno zdravje. Električna prevodnost izolativnih substratov bo dosežena s pomočjo tvorbe prepletene mreže nanodelcev, ki omogoča prenos električnega toka. Najpomembnejše pri razvoju večfunkcionalnih nanokompozitnih vlaknastih elektrod bo njihova obstojnost, predvsem v mokrem okolju in ob vplivu toka vode. Spiranje nanomateriala namreč izniči uporabnost nanokompozita zaradi izgube lastnosti in predstavlja okoljevarstven problem, saj so potencialno toksični. Obstojnost bo dosežena z vgrajevanjem srebrovih nanožičk v vlakna, s pomočjo veznih spojin med vlaknom in srebrovimi nanožičkami ali s tvorbo zaščitne plasti preko nanosa srebrovih nanožičk na vlaknastem substratu. Primerni nanokompoziti bodo uporabljeni kot vlaknaste elektrode v elektro-oksidacijski filtracijski celici za odstranjevanje organskih in mikrobioloških snovi. Za uporabo vlaknaste elektrode v inovativni elektro-oksidacijski filtracijski celici mora ta izkazovati električno prevodnost, poroznost, obstojnost, primerno mehansko odpornost ter anodno oziroma katodno stabilnost. Uspešno odstranjevanje onesnaževal in dolga življenjska doba nanokompozitne vlaknaste elektrode bo imela večji potencial za njeno realno aplikacijo. Nanokompoziti oziroma antimikrobna in električno prevodna vlakna imajo možne aplikacije vse od senzorjev, pametnih tekstilij, tekstilij z zabavno elektroniko in so zanimivi za bio-medicino, šport, vojsko, embalažo, industrijo prehrane, elektronike, telekomunikacij in drugje. Inovativna tehnologija čiščenja vod in razvoj obstojne nanokompozitne vlaknaste elektrode se ujemata s cilji programa Obzorja 2021, strateškega razvoja SRA, ter Evropske in slovenske tekstilne tehnološke platforme. Pričakovana so nova spoznanja s področja nanomaterialov, nanotehnologij, priprave nanokompozitov, elektro-oksidacijske filtracije in uporabe nanokompozitov za čiščenje vod.