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Multifunktions-Wasserfilter: magnetische Nanopartikel mit ionischer Flüssigkeit

Forscher der Universitäten Ulm und Zaragoza sowie des Helmholtzzentrums (Batterieforschungszentrums) in Ulm entwickelten ein Filtermaterial, mit dem Spurenstoffe, Schwermetalle und Mikroplastik gleichzeitig aus Wasser entfernt und Keime unschädlich gemacht werden können.

von | 20.12.19

Nachweis der Reinigungsleistung der magnetischen Nanopartikel gegenüber Mikroplastik: im linken Becherglas befindet sich mit Mikroplastikpartikeln versetztes Wasser, rechts ist das Wasser nach der Anwendung der magnetischen Nanopartikeln zu sehen (Foto: Archismita Misra / Universität Ulm).

Ein Problem der Beseitigung von Schmutzstoffen aus Gewässern besteht darin, dass viele Filtrationsverfahren sehr aufwändig und teuer werden, wenn große Mengen Wasser von Stoffen verschiedener Substanzklassen befreit werden sollen, und diese Stoffe obendrein in kleinen Konzentrationen vorliegen. Der Hauptgrund liegt darin, dass viele Verfahren nur bestimmte Inhaltsstoffe abtrennen. Beispielsweise hält eine Ultrafiltrationsmembran suspendierte Feststoffe sowie Bakterien zurück, für die Entfernung gelöster organischer Verbindungen und Schwermetalle müsste aber mindestens ein weiteres Trennverfahren angewendet werden.
Die hier beschriebenen magnetischen Nanopartikeln bestehen aus einem Kern aus supermagnetischem Eisenoxid (Fe2O3, Hematit), der umhüllt ist mit hochporösem Silikat (SiO2). In den Poren und an der Oberfläche des Silikats haftet eine ionische Flüssigkeit, die auf Polyoxometallaten (POM) basiert. Die ionische Flüssigkeit, ein bei Raumtemperatur flüssiges Salz, besteht aus positiv geladenen Kationen, die eine antimikrobielle Wirkung besitzen, und negativ geladenen Anionen, die positiv geladene Schwermetallionen binden. Die ionische Flüssigkeit ist zähflüssig und mit Wasser nicht mischbar, wodurch sie geeignet ist, Mikroplastikpartikeln zu binden.
Aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften können solche Partikel nach getaner Arbeit leicht aus einem Wasserstrom wieder entfernt werden.
In ersten Laborversuchen mit verschiedenen Wasserinhaltsstoffen wurden Abscheideraten von Blei, Nickel und Kupfer in der Größenordnung von 90 % bis weit darüber gemessen und Kobalt konnte zu 75 % entfernt werden. Polystyrolkugeln in den Größenklassen 1µm und 10 µm wurden vollständig entfernt. Die Elimination von gelösten organischen Verunreinigungen wurde anhand eines aromatischen Farbstoffs erfolgreich getestet und die Biozidwirkung wurde anhand der Indikatororganismen E.coli und grampositive B.subtilis nachgewiesen.
Die multifunktionellen Filterpartikeln können nach Gebrauch mit Hilfe eines Lösungsmittels gewaschen und wieder zur Wasseraufbereitung eingesetzt werden.
Die Originalpublikation finden Sie hier.

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