Synthese en evaluatie van nieuwe nanocomposieten voor het verwijderen van zinkionen uit waterige oplossingen

Waarom het reinigen van metaal uit water ertoe doet

Veel fabrieken en alledaagse producten lozen sporen van metalen in rivieren en afvalwater. Zink is een van die metalen: ons lichaam heeft kleine hoeveelheden nodig, maar in hogere concentraties kan het vissen, planten en mensen schaden. Deze studie onderzoekt een nieuw, relatief eenvoudig materiaal dat overtollig zink uit water kan verwijderen en zo kan helpen behandelingsinstallaties effectiever en betaalbaarder te maken.

Een nieuw sponsje voor metaal in water

De onderzoekers maakten kleine vaste deeltjes die als sponzen voor zinkionen in water fungeren. Deze deeltjes bestaan uit een mengsel van bariumcarbonaat, bariumaluminaat en een kleine hoeveelheid koolstof, samengesmolten tot een nanocomposiet. Met een eenvoudige chemische werkwijze, bekend als het Pechini sol–gelproces, verhitten ze het materiaal tot 600 °C of 800 °C, wat resulteerde in twee versies BA600 en BA800. Beide werden zorgvuldig onderzocht met röntgendiffractie en elektronenmicroscopie om te bepalen welke kristallen zich vormden, hoe groot de deeltjes waren en hoe hun oppervlakken waren gestructureerd.

Hoe structuur de prestaties bepaalt

De twee nanocomposieten bleken verschillende interne structuren en texturen te hebben. BA600 had kleinere kristallen, meer oppervlak en meer porievolume, terwijl BA800 grotere, beter gevormde korrels had maar minder toegankelijke poriën. Omdat zinkverwijdering plaatsvindt wanneer zinkionen zich aan actieve plekken op het oppervlak hechten, waren deze verschillen belangrijk. Tests toonden dat BA600 ongeveer 124 milligram zink per gram materiaal kon vasthouden, terwijl BA800 ongeveer 91 milligram per gram bereikte. De metingen van het team wezen erop dat zink niet slechts los op het oppervlak zat; in plaats daarvan vormde het sterkere, chemische-achtige bindingen met zuurstofrijke groepen op de deeltjes.

Het ideale bereik voor zinkverwijdering bepalen

Om te begrijpen hoe het nieuwe materiaal het beste kan worden gebruikt, varieerden de wetenschappers condities zoals zuurgraad, contacttijd, temperatuur en dosering. Zinkverwijdering nam sterk toe toen de pH van sterk zuur richting neutraal ging, en vlakte af bij pH 6, voordat zink zou beginnen vaste hydroxiden te vormen. BA600 verwijderde zink sneller dan BA800 en bereikte stabiele prestaties in ongeveer een uur versus 80 minuten. Lagere temperaturen bevorderden de verwijdering, wat aantoont dat het proces warmte afgeeft en het beste werkt in koeler water. Toen de onderzoekers modelleerden hoe zink het oppervlak bedekte, kwam het gedrag overeen met een enkel, uniform lagenmodel van zinkionen, wat overeenstemt met goed gedefinieerde oppervlaktesites die zich vullen tot verzadiging.

Hergebruik, echt afvalwater en concurrentie

Het team vroeg ook of het materiaal in realistische omstandigheden nog steeds zou werken. Zink-beladen deeltjes werden gewassen met zoutzuur, dat bijna al het zink verwijderde zonder het materiaal zelf op te lossen. Na vijf cycli van gebruik en regeneratie behield BA600 nog bijna 70% van zijn oorspronkelijke verwijderingsefficiëntie, en BA800 ongeveer 45%, wat wijst op praktische herbruikbaarheid. Wanneer veelvoorkomende watercomponenten zoals natrium, calcium of sulfaat aanwezig waren, daalde de zinkverwijdering iets, terwijl andere metalen zoals koper en nikkel sterker concurreerden. Desondanks bleef BA600 de meer selectieve en robuuste optie. In echt laboratoriumafvalwater, dat veel zouten en organisch materiaal bevatte, namen de materialen nog steeds indrukwekkende hoeveelheden zink op, slechts enigszins minder dan in zuiver water.

Wat dit betekent voor schoner water

Samenvattend toont de studie aan dat zorgvuldig ontworpen, meercomponentendeeltjes zink efficiënt uit verontreinigd water kunnen opvangen met een relatief eenvoudige en beheersbare productieroute. Hoewel sommige geavanceerde materialen nog meer zink kunnen binden, valt dit nieuwe BaCO3/BaAl2O4/C-nanocomposiet op doordat het degelijke prestaties, gemakkelijke synthese en het vermogen tot regeneratie en hergebruik combineert. In praktische zin zou vooral BA600 toekomstige behandelingssystemen kunnen helpen om schadelijke zinkniveaus uit industriële lozingen en laboratoriumafval te verwijderen, waardoor risico’s voor ecosystemen en de volksgezondheid afnemen.

Bronvermelding: Al-Kadhi, N.S., Aljlil, S.A., El-Feky, H.H. et al. Synthesis and evaluation of novel nanocomposites for removal of zinc ions from aqueous solutions. Sci Rep 16, 13889 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51234-2

Trefwoorden: zinkverwijdering, nanocomposiet adsorbens, rioolwaterzuivering, zware metalen, waterzuivering