Wie magnetische Nanopartikel Ewigkeitschemikalien aus Wasser entfernen
PFAS – die sogenannten Ewigkeitschemikalien – sind aus zahlreichen
Alltags- und Industrieprodukten kaum wegzudenken. Gleichzeitig zählen sie
zu den problematischsten Schadstoffen unserer Zeit: Sie sind äußerst
langlebig, reichern sich in Umwelt und Organismen an und lassen sich nur
schwer aus Wasser entfernen. Ein Forschungsteam der Friedrich-Alexander-
Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), des Uniklinikums Erlangen sowie des
Bayerischen Landesamts für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit um Prof.
Dr. Marcus Halik vom Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe der FAU hat ein
Verfahren entwickelt, das PFAS mithilfe funktionalisierter magnetischer
Nanopartikel effizient aus Wasser entfernt.
Johannes Voß und Linda Rockmann aus Haliks Team entwickelten dafür
funktionalisierte Eisenoxid-Nanopartikel mit speziellem magnetischen
Verhalten, deren Oberfläche gezielt so angepasst wurde, dass sie
unterschiedliche PFAS binden können. Gekoppelt an die Eisenoxid-, also
Rost-Partikel, können die PFAS einfach mit einem Magneten aus dem Wasser
entfernt werden. Dabei verfolgen die Wissenschaftler/-innen einen breiten
Ansatz: Statt sich auf einzelne PFAS-Verbindungen zu konzentrieren,
wollten sie eine variable Lösung schaffen, die möglichst viele Materialien
dieser vielfältigen Stoffklasse erfassen kann, also magnetische
Nanopartikel, die sich gezielt an unterschiedliche Anforderungen der
Wasseraufbereitung anpassen können.
Allgegenwärtiges Mikroplastik im Fokus
Die neue Studie von Haliks Team erweitert die Einsatzmöglichkeiten der
magnetischen Wasserreinigung um eine weitere hochrelevante
Schadstoffklasse. Die Wissenschaftler/-innen konnten erstmals zeigen, dass
sich das zugrunde liegende Prinzip nicht nur für einzelne PFAS-Moleküle,
sondern auch für fluorhaltiges Mikroplastik anwenden lässt. Fluorhaltiges
Mikroplastik entsteht zum Beispiel als Abrieb beim Waschen von
Funktionskleidung oder ist in Kosmetika enthalten.
Der entscheidende Vorteil der Technologie liegt in der maßgeschneiderten
Oberflächenchemie der Partikel. Je nach Funktionalisierung besitzen die
Eisenoxidpartikel unterschiedliche Eigenschaften: Das in der Studie
eingesetzte Material entfernt ein breites Spektrum an PFAS auch
zuverlässig aus Wasserproben, die mit vielfältigen Stoffen und Organismen
verunreinigt sind – wie Waschlauge oder Flusswasser. Andere Eisenoxid-
Nanopartikel, mit denen Haliks Team arbeitete, lassen sich nach der
magnetischen Separation regenerieren und mehrfach wiederverwenden. Zudem
sind die Eisenoxid Partikel technisch skalierbar und nicht toxisch.
„Unsere Technologie spannt so den Bogen von molekularen Schadstoffen bis
hin zu mikroskopischen Partikeln und unterstreicht das Potenzial
funktionalisierter Eisenoxid-Nanopartikel als vielseitige und nachhaltige
Plattform für die Wasseraufbereitung – inklusive komplex belasteter
Wasserproben“, erklärt Professor Halik.
Erfolgreich auch unter Praxisbedingungen
Besonders wichtig war den Forschenden der Nachweis, dass das Verfahren
auch außerhalb des Labors funktioniert. Deshalb testete das Team die
Technologie an einer real belasteten Trinkwasserquelle, an Flusswasser, an
Waschwässern aus der Bodensanierung sowie an Waschwasser von Outdoor-
Textilien. Dabei gelang es, die PFAS-Konzentrationen aus einer
kontaminierten Trinkwasserquelle um 87 Prozent zu reduzieren und den neuen
in Deutschland geltenden Grenzwert von 100 Nanogramm pro Liter zu
unterschreiten. Darüber hinaus konnten auch fluorhaltige Mikroplastik
erfolgreich magnetisch aus dem Wasser entfernt werden.
Direkt zur Studie:
https://doi.org/10.1016/j.matt
