In Deutschland hat sich die WasserqualitĂ€t in FlĂŒssen und Seen in den vergangenen Jahrzehnten deutlich verbessert. In vielen LĂ€ndern der Erde wird diese GĂŒte jedoch lĂ€ngst nicht erreicht. AuĂerdem können Umwelt- und Naturkatastrophen GewĂ€sser stark belasten. âIn solchen FĂ€llen tritt oft eine ganze Reihe möglicher Verunreinigungen auf, von organischen und anorganischen Stoffen bis hin zu Bakterienâ, erklĂ€rt Professor Carsten Streb, Leiter des Instituts fĂŒr Anorganische Chemie 1 der UniversitĂ€t Ulm. Hinzu kommen die heute fast allgegenwĂ€rtigen Mikroplastikpartikel.
Verschmutztes Wasser ĂŒber Filtration zu reinigen, ist zwar ein bewĂ€hrtes Verfahren, aber es hat Nachteile: es ist zeitaufwĂ€ndig und fĂŒr groĂe Wassermengen nur bedingt geeignet, weil fĂŒr unterschiedliche Schadstoffklassen meist spezielle Filter benötigt werden. Die Ulmer Forscherinnen und Forscher strebten daher ein Material an, das mehrere Schadstoffklassen aufnehmen sollte. âUnser ursprĂŒngliches Ziel war ein hochporöses Material, dem wir an seiner OberflĂ€che zusĂ€tzliche Bindungseigenschaften gegeben habenâ, erklĂ€rt Archismita Misra. Die Ulmer Doktorandin ist Erstautorin der Studie, die zur Entwicklung dieses besonderen Wasserfilters kĂŒrzlich in der Fachzeitschrift âAngewandte Chemieâ veröffentlicht wurde.
Diese âBindungsfreudeâ gelang dem Forscherteam ĂŒber eine eigens fĂŒr diesen Zweck entwickelte, sogenannte ionische FlĂŒssigkeit. âDas ist im Prinzip ein flĂŒssiges Salzâ, so Streb. Im Gegensatz zu Kochsalz ist diese Verbindung bei Raumtemperatur flĂŒssig, wĂ€hrend Kochsalz einen Schmelzpunkt von mehreren Hundert Grad hat. Wie jedes Salz besteht auch diese ionische FlĂŒssigkeit aus positiv geladenen Kationen und negativ geladenen Anionen. WĂ€hrend die Kationen bei dieser Anwendung insbesondere antimikrobielle Wirkung besitzen, binden die Anionen Schwermetalle. Weil die FlĂŒssigkeit eine Ă€hnliche Konsistenz wie Honig besitzt, wirkt sie zudem klebrig und bindet im Wasser enthaltene Mikroplastikpartikel.
Im wahrsten Sinne des Wortes: ein Schmutzmagnet
Das so entwickelte Pulver bewies im Labor zwar bereits gute Reinigungseigenschaften, der Durchbruch hin zu möglichen groĂtechnischen Anwendungen gelang Strebs Gruppe im Anschluss auf der Basis einer Idee von Professor Robert GĂŒttel. Der Leiter des Instituts fĂŒr Chemieingenieurwesen der UniversitĂ€t Ulm schlug vor, die beschichteten Filterpartikel mit einem magnetisch wirkenden Eisenoxidkern auszustatten. Der Effekt: die mit Verunreinigungen behafteten Partikel können ĂŒber einen Magneten wieder aus dem Wasser geholt werden. âDamit gelingt es, viel gröĂere Wassermengen in kĂŒrzerer Zeit zu filtrierenâ, erklĂ€rt Professor Streb.
Die denkbaren Einsatzgebiete fĂŒr diese neuentwickelten Reinigungspartikel sind vielfĂ€ltig. Sie könnten in KlĂ€ranlagen eingesetzt werden, um beispielsweise Mikroplastik aus dem Wasser zu filtern. Auch dezentrale Nutzung, etwa bei der Reinigung verschmutzter GewĂ€sser, sei denkbar. âWir haben schon frĂŒh in der Entwicklung groĂen Wert auf die Skalierbarkeit gelegtâ, sagt Streb. Die Filtrationspartikel sollten nicht zuletzt auch ein wirtschaftlich interessantes Verfahren ermöglichen.
Das Material ist einfach und gĂŒnstig wiederzuverwerten
Hinzu kommt der Recylinggedanke. Professor Streb dazu: âMit Hilfe bestimmter Lösungsmittel können wir die Partikel nach dem Reinigungsschritt waschen und die Schadstoffe abtrennen.â Die Wiederverwertung der Partikel habe bereits frĂŒh zum Kern der Entwicklung gezĂ€hlt. Neben Streb und GĂŒttel gehörte Dr. Scott G. Mitchell von der UniversitĂ€t Saragossa zu den Studienleitern. Der Biochemiker brachte sein Fachwissen zur antimikrobiellen Wirkung der ionischen FlĂŒssigkeit mit ein.
Mit den Erfolgen im LabormaĂstab ist aus Strebs Sicht nun ein Zwischenschritt erreicht: âDas ist erst der Anfang, im nĂ€chsten Schritt wollen wir die Partikel im realen Einsatz testen.â Erprobt werden könnten die Partikel zum Beispiel in einem verunreinigten Teich, auch um zu erforschen, wie sich die Filterpartikel im Kontakt mit Algen oder anderen natĂŒrlichen Schwebteilchen verhalten.
Literaturhinweis:
Archismita Misra, Christian Zambrzycki, Gabriele Kloker, Anika Kotyrba, Montaha H. Anjass, Isabel Franco Castillo, Scott G. Mitchell, Robert GĂŒttel and Carsten Streb: Water Purification and Microplastics Removal using Magnetic Polyoxometalate Supported-Ionic Liquid Phases (magPOM-SILPs), Angewandte Chemie,
Text: Jens Eber