03.12.2019 - Universität Ulm

Magnetische Nanopartikel mit ionischen Flüssigkeiten für die Wasseraufbereitung

Für ein sicheres, sauberes Nass

In vielen Teilen der Welt ist der Zugang zu sauberem Trinkwasser alles andere als selbstverständlich. Filtration großer Mengen ist aufgrund der langsamen Durchflussgeschwindigkeiten jedoch kaum praktikabel. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler einen neuartigen Ansatz auf der Basis magnetischer, mit einer „ionischen Flüssigkeit“ beschichteter Nanopartikel vor, die gleichzeitig organische, anorganische und mikrobielle Kontaminationen sowie Mikroplastik binden und mit Hilfe von Magneten leicht abtrennen können.

Für ihren alternativen Ansatz verwenden die Forscher von der Universität Ulm, dem Helmholtz-Institut Ulm und der CISC-Universidad de Zaragoza (Spanien) um Carsten Streb, Robert Güttel und Scott G. Mitchell Nanopartikel mit einem Kern aus magnetischem Eisenoxid und einer Schale aus porösem Siliziumdioxid. Auf ihrer Oberfläche wird eine Schicht einer sogenannten ionischen Flüssigkeit fest aufgebracht. Eine ionische Flüssigkeit ist ein Salz, das bereits bei Raumtemperatur geschmolzen vorliegt, also flüssig ist, ohne in einem Lösungsmittel gelöst zu sein. Die verwendete ionische Flüssigkeit basiert auf Polyoxometallaten (POM) – Metallatomen, die über Sauerstoffatome zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbrückt sind. Als Metall wählten die Forscher Wolfram, denn die entstehenden Polyoxowolframat-Anionen können Schwermetallionen binden. Als Gegenionen dienen voluminöse Tetraalkylammonium-Kationen mit antimikrobiellen Eigenschaften. Die entstehenden ionischen Flüssigkeiten bilden stabile dünne Schichten („geträgerte ionische Flüssigphasen“) auf dem porösen Siliziumdioxid-Mantel der Nanopartikel. Die mit Kontaminationen beladenen Nanopartikel lassen sich dann auf einfache Weise durch einen Magneten aus dem Wasser entfernen.

Bei Labortests entfernten die Nanopartikel zuverlässig Blei-, Nickel-, Kupfer-, Chrom- und Kobaltionen sowie den Farbstoff Patentblau V als Modellsubstanz für aromatische Verunreinigungen. Ebenso wurde das Wachstum verschiedener Bakterienarten effektiv gestoppt. Die Nanopartikel lagerten sich zudem an die Oberfläche von 1 µm bzw. 10 µm großen Polystyrolkügelchen – ein Modell für Mikroplastik – an, die sich auf diese Weise quantitativ entfernen ließen.

Durch ein weiteres Justieren der einzelnen Bestandteile könnte das Verbundmaterial weiter optimiert werden und die magnetischen Nanopartikel zu einem vielversprechenden Ausgangspunkt für zentrale und dezentrale Wasseraufbereitungssysteme machen. So würde eine einfache Reinigung größerer Wassermengen auch ohne umfangreiche Infrastruktur möglich.

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