Onderzoek naar elektrospinnen van hennep/polyacrylonitril composiet vezelmembraan en kleurstofadsorptiecapaciteiten

Vuile kleurwateren omzetten in een schonere hulpbron

Kleding brengt kleur in ons leven, maar de kleurstoffen die felle stoffen maken laten vaak sterk vervuild water en stoffige lucht achter in fabrieken. Deze studie onderzoekt een nieuw type dun, textielachtig filter gemaakt van hennep en een veelgebruikt industrieel plastic dat zowel kleurstofvervuild afvalwater kan zuiveren als fijne deeltjes uit de lucht kan vasthouden. Omdat het een hernieuwbaar plantaardig materiaal gebruikt en een relatief eenvoudige productiemethode, wijst het op meer duurzame manieren om vervuiling door de textielindustrie te beheersen.

Waarom textielkleurstoffen moeilijk te verwijderen zijn

Afvalwater uit textielfabrieken is een lastige mix: het kan heet, sterk gekleurd en rijk aan langzaam afbreekbare chemicaliën zijn. Eén veelgebruikte kleurstof, methyleenblauw, is bijzonder hardnekkig en kan schadelijk zijn voor de gezondheid als het rivieren of drinkwater bereikt. Traditionele behandelingsmethoden kunnen complex of duur zijn. Eenvoudige adsorptiefilters — materialen die verontreinigingen aan hun oppervlak vasthouden — zijn aantrekkelijk omdat ze eenvoudig te bedienen zijn en in bestaande installaties kunnen worden ingebouwd. De auteurs wilden een filter ontwerpen dat niet alleen effectief kleurstof opvangt, maar ook uit groenere ingrediënten bestaat en bruikbaar is voor meerdere vormen van vervuiling.

Een plantaardig hightechfilter bouwen

De onderzoekers combineerden hennep, een snelgroeiend landbouwgewas rijk aan cellulose, met polyacrylonitril, een sterk, stabiel polymeer dat al veel in textiel wordt gebruikt. Eerst behandelden en losten ze hennepvezels op in een zoutgebaseerd oplosmiddel zodat de cellulose een gladde oplossing werd. Deze hennepoplossing werd vervolgens gemengd met een polyacrylonitriloplossing en omgevormd tot een mat van ultradunne draden via elektrospinnen — een proces waarbij een hoogspanningsveld nanometerdikke vezels uitrekt. Door factoren zoals het hennepgehalte, spintoespanning, de afstand naar de collector en de voedingssnelheid zorgvuldig af te stemmen, produceerden ze membranen met gladde, uniforme vezels en weinig defecten. Microscopen en mechanische tests lieten zien dat de optimale instellingen een dun, flexibel vel opleverden met goed geordende vezels en goede sterkte.

Hoe het nieuwe membraan kleurstof en stof vasthoudt

Nadat het filter was gemaakt, onderzocht het team hoe de structuur en chemie het reinigen ondersteunen. Tests met waterdruppels op het oppervlak toonden dat het hennep-bevattende membraan sterk wateraantrekkend is: druppels werden binnen twee seconden geabsorbeerd, een teken dat kleurstofoplossingen snel kunnen doordringen. Metingen van de poriënstructuur toonden aan dat toevoeging van hennep de totale porositeit verhoogde vergeleken met zuiver plastic membraan, en zo een netwerk van kanalen creëerde dat water en opgeloste kleurstof naar veel interne sites laat bereiken. Chemische analyses bevestigden dat de natuurlijke groepen van hennep en de stikstofhoudende groepen van het plastic goed gemengd zijn en sterk op elkaar inwerken, in plaats van alleen naast elkaar te liggen. Deze nauwe menging verbetert de stabiliteit en creëert meer actieve plekken waar kleurstofmoleculen kunnen hechten. In luchtfiltertests verwijderde hetzelfde membraan 99,97% van fijne deeltjes, wat de hoge porositeit en uniforme vezels koppelt aan uitstekende stofvangende eigenschappen.

De zuiveringskracht in detail onderzoeken

De auteurs testten vervolgens hoe goed het membraan gesimuleerd kleurstofafvalwater reinigt en welke omstandigheden het beste werken. Ze varieerden kleurstofconcentratie, temperatuur, contacttijd, pH (zuurgraad) en hennepgehalte, en gebruikten statistische hulpmiddelen om de meest efficiënte combinatie te bepalen. Ongeveer 10% hennep, een matig warme temperatuur rond 40–45 °C, licht alkalisch water en voldoende contacttijd leverden een kleurstofverwijderingspercentage van ongeveer 95% op. Door de gegevens aan standaardmodellen te koppelen, concludeerden ze dat kleurstofmoleculen eerst snel in de poriën bewegen en zich daarna langzamer en sterker aan de vezeloppervlakken binden. Het gedrag kwam overeen met een patroon dat typisch is voor “chemische adsorptie”, waarbij de kleurstof specifieke interacties vormt — zoals waterstofbruggen en aantrekkingskrachten tussen positieve en negatieve ladingen — met groepen op de hennep en het plastic. Het proces bleek spontaan en iets gunstiger bij hogere temperaturen, en de maximale kleurstofopname van het membraan bereikte ongeveer 76 milligram kleurstof per gram materiaal, concurrerend met of beter dan verschillende vergelijkbare filters uit eerder onderzoek.

Wat dit betekent voor schonere textielproductie

Al met al toont de studie aan dat een dun vel gemaakt van hennep en een industrieel polymeer als een tweevoudig filter kan functioneren, dat zowel een hardnekkige kleurstof uit water efficiënt verwijdert als fijne deeltjes uit de lucht. Voor niet-specialisten is de kernboodschap dat het combineren van een hernieuwbare plantbron met een robuust synthetisch materiaal, en het vormen van die combinatie tot een poreuze nanovezelmat, een krachtig maar eenvoudig hulpmiddel voor vervuilingsbeheersing oplevert. Hoewel de huidige tests één kleurstof onder gecontroleerde omstandigheden gebruikten, biedt de aanpak een veelbelovende route naar meer duurzame behandelingssystemen in echte textielfabrieken, waar één filtermateriaal meerdere soorten afval tegelijk zou kunnen aanpakken.

Bronvermelding: Sun, Y., Wang, J., Kong, W. et al. Exploration of electrospinning hemp/polyacrylonitrile composite fiber membrane and dye adsorption capabilities. Sci Rep 16, 7960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33369-w

Trefwoorden: textielafvalwater, kleurstofverwijdering, hennep nanovezels, lucht- en waterfiltratie, duurzame materialen