Schwermetallfalle für die Wasserreinigung

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Chemiker der EPFL haben ein neues Material entwickelt, das Schwermetalle aus dem Wasser entfernen und dieses in wenigen Sekunden zu Trinkwasser machen kann. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift ACS Central Science veröffentlicht.

Laut der Weltgesundheitsorganisation haben mehr als eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, und mit dem Klimawandel wird sich dieser Trend nicht umkehren. Durch unseren ständig steigenden Energiebedarf und die Verwendung von Schwermetallen für industrielle Verfahren sind wir gleichzeitig immer stärker giftigen Stoffen im Wasser ausgesetzt.

Die herkömmlichen kommerziellen Methoden zur Beseitigung von Schwermetallen wie Blei aus unserem Trinkwasser sind oft teuer und energieintensiv und dennoch nicht ausreichend effizient. Weniger konventionelle Ansätze sind vielleicht wirksamer, können aber nur einmal benutzt werden, sind schwer regenerierbar oder verursachen ebenfalls giftige Abfälle.

Das Labor für funktionale anorganische Materialien (LFIM) von Prof. Wendy Lee Queen an der EPFL hat zusammen mit Kollegen der University of California in Berkeley und dem Lawrence Berkeley National Laboratory eine Lösung mit metallorganischen Gerüstverbindungen (MOF) gefunden. Dabei handelt es sich um Materialien aus miteinander verbundenen Secondary Building Units.» Die MOF bieten eine besondere innere Oberfläche und eine einfache chemische Anpassung und können der Luft Wasserdampf oder andere Gase entziehen. Aufgrund dieser Eigenschaften gelten sie als viel versprechend, um selektiv Schwermetalle aus dem Wasser zu entfernen.

«Die herkömmlichen kommerziellen Methoden zur Beseitigung von Schwermetallen wie Blei aus unserem Trinkwasser sind oft teuer und energieintensiv und dennoch nicht ausreichend effizient.»

Kostengünstig und umweltfreundlich

Daniel T. Sun, Doktorand an der EPFL Valais Wallis, hat einen im Wasser stabilen Verbundstoff aus MOF und Polymer konzipiert, indem er kostengünstige, umweltfreundliche und biologisch unschädliche Materialien verwendete. Die Forscherinnen und Forscher behandelten den unter der Bezeichnung Fe-BTC bekannten MOF mit Dopamin. Dieses polymerisierte sich zu Polydopamin (PDA) und konnte so das Polymer im MOF binden. Das Endprodukt Fe-BTC/PDA kann grosse Mengen an Schwermetallen wie Blei und Quecksilber schnell und selektiv aus realen Wasserproben entfernen. Es kann mehr als das 1,6-Fache des Eigengewichts an Quecksilber und das 0,4-Fache des Eigengewichts an Blei aufnehmen.

Das Fe-BTC/PDA wurde anschliessend in so giftigen Lösungen wie den schlimmsten in Flint im Bundesstaat Michigan genommenen Wasserproben getestet. Die Tests zeigten, dass der MOF innerhalb von nur wenigen Sekunden die Bleikonzentration auf 2 ppb (Parts per Billion) senken konnte. Diese Konzentration wird von der amerikanischen Umweltbehörde und der Weltgesundheitsorganisation als annehmbar bezeichnet.

Die Wissenschaftler entfernten auch Blei aus verschiedenen Wasserproben der Rhone, des Mittelmeers und einer Schweizer Abwasserreinigungsanlage. Sie konnten zeigen, dass das Material leicht regenerierbar ist.

Es gibt zahlreiche Quellen giftiger Schwermetalle. Blei befindet sich beispielsweise in Farben, Keramikemail, Schmuck, Spielsachen und alten Leitungen. Angesichts der Einschränkungen der aktuellen Wasserreinigungssysteme bieten die neuen MOF einen viel versprechenden Ansatz. Die Autoren der Studie testen zurzeit andere, speziell konzipierte MOF für die Beseitigung von Spuren anderer Schadstoffe aus Wasser und Luft.

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