Multifunctional hybrid adsorbents for water purification Multifunktionella hybrida adsorbenter för vattenrening The aim of the present project is to develop multifunctional bio-hybrid adsorbents for water purification and remediation securing removal of chemical and especially radioactive pollutants along with biological cleaning of water. The collaborative program will support the efforts of the teams and sharing their expertise in two adjacent fields - synthesis and surface modification of metal oxide nanoparticles and mesoporous microparticles (with advanced experience in physicochemical characterization of surface binding of biologically active molecules) from the Swedish side and the synthesis and functionalization of mesoporous silica and silica-based nanocomposites (together with valuable experience of their implementation in water purification) from the Ukrainian side. The teams have developed recently a strong track of collaboration. Our specific aims: 1) Develop nanostructured adsorbents functionalized with both specific bio-ligands (enzymes) and coordinating ligands for simultaneous destruction of organic pollutants and uptake of hazardous heavy metal and radioactive species. 2) Evaluate their characteristics using wastewater samples modelling complex water systems generated by natural disasters of the type of Chernobyl and Fukushima catastrophe. The goals will be achieved through coordinated research uniting the efforts of specialists in materials synthesis, characterization and theoretical modelling. Implementation will involve research exchange, workshops and conferences. Fri tillgång till rent vatten är ett av de absolut viktigaste mänskliga behov. Människor behöver vatten för att kunna dricka, laga mat, tvätta sig själva och sina kläder. Naturkatastrofer som resulterar från klimatförändringen och olyckor orsakade av människor, speciellt kärnkraftsolyckor som den i Chernobyl, och för några år sedan i Fukushima i Japan där naturen har bidragit till att kärnkraftsolyckan inträffat, skapar ohållbara situationer då allt tillgängligt vattnet blir kraftigt förorenat av organiskt avfall, radioaktiva ämnen, eller i värsta fall av dessa bägge i kombination. Ukraina lider fortfarande av konsekvenser av Chernobyl katastrofen som inträffade för strax över 30 år sedan och gjorde många annars tillgängliga vattenresurser obrukbara. Situationen i Östra Ukraina förvärras av pågående strider där reningsverk ofta blir skadade av beskytning. En stor utmaning för forskare som jobbar med reningsteknologier för att återskapa vattnets kvalité är att kunna hitta eller egentligen snarare skapa nya kostnadseffektiva reningsmaterial kapabla på rekordkort tid återställa de nödvändiga vattenresurserna. I sökandet efter lämpliga material kan man vända sig till två fungerande alternativ: antingen membranmaterial för att rengöra vatten genom filtrering vilket är relativt kostsammare och energikrävande eller försöka använda adsorbenter, material som suger in i sig de farliga föroreningarna och kan i vissa fall hjälpa till att destruera dem. Diverse adsorbenter används aktivt på reningsverk världen över redan idag, men utmaningen är att principiellt effektivisera och påskynda reningsprocessen. Man vill gärna att adsorbenter inte bara fångar de farliga föroreningarna som t.ex. radioaktiva isotoper, men även samtidigt hjälper till att bli av med farligt organiskt avfall. För att vara riktigt effektiva måste de således vara multifunktionella, kapabla att hjälpa till på flera olika sätt samtidigt. En annan principiell utmaning är att det tar rejält med tid att bli av med redan förorenade adsorbenter, avlägsna dem från vattnet som har blivit rent. Idag gör man det genom sedimentering, d.v.s. låter adsorbentpartiklar falla ner på botten av kärlet där vatten renas upp, och sedan häller ut det rengjorda vattnet. Man vill gärna påskynda processen utan att det behöver bli särskilt mycket dyrare. En principiell lösning som kan tas till vara är att skapa adsorbent partiklar med magnetiska egenskaper, så att man lätt ska kunna samla dem med en magnet (och även regenerera sedan genom att avlägsna de koncentrerade föroreningarna och återbilda det aktiva adsorbent materialet). Forskningsgrupperna i Sverige och Ukraina som står bakom detta projektförslag har på senare tid utvecklad mycket värdefull och kompletterande kompetens inom syntes, funktion och användning av komplexa adsorbenter som visar förmåga att effektivt ta bort radioaktiva föroreningar (Ukraina) och snabbt destruera organiskt avfall med hjälp av på adsorbenterna immobiliserade enzymer (Sverige). Bägge grupper har börjat aktivt experimentera med adsorbenter som har magnetiska egenskaper. Ytkemiska Institutet i Ukraina (Chuiko Institute of Surface Chemistry) är också den organisationen som i sitt land ansvarar för utvecklingen av vattenreningsteknologier som även ingår i SLUs ansvarsområde. Det är därför inte alls underligt att dessa bägge har kommit i kontakt med varandra för ett tag sedan och har utvecklat mycket framgångsrikt samarbete med stöd av SRL-programmet 2013-2016 som har resulterat i tydliga framsteg på vägen mot föreslagna mål. De har även tidigare i samarbete genomfört en NATO-stödd workshop ’Sol-Gel Materials for Pollution Control, Water Purification and Soil Remediation’ som ägde rum i Kiev i oktober 2007. Vidareutveckling av samarbete med stöd från VR kan leda till genombrott inom detta mycket viktiga område och göra stort bidrag till människors välstånd i Ukraina där ekonomiska situationen har starkt försvårats ytterligare på senare tiden, speciellt på mindre orter och på landsbygden där uppbyggnad av större konventionella reningsverk blir även i framtiden ekonomiskt ohållbart.