14.02.2020 - Rijksuniversiteit Groningen

Modifizierter Ton kann Herbizid aus Wasser entfernen

Durch die Schaffung von Schlitzen in einem Tonmineral in regelmäßigen Abständen konnte Petra Rudolf, Professorin für experimentelle Festkörperphysik an der Universität Groningen, Wasser filtern, um ein giftiges Herbizid zu entfernen. Nach der Entfernung des Schadstoffs durch Erhitzen des Materials kann der Ton wieder verwendet werden. Zusammen mit Kollegen aus Griechenland stellt Rudolf diese proof of principle Studie in der Zeitschrift Environmental Science Nano vor.

In den Niederlanden werden sehr viele Zuckerrüben angebaut. Auf diesen Feldern ist das Herbizid Chloridazon weit verbreitet. Diese Verbindung ist für den Menschen giftig, wird in der Natur nicht abgebaut und versickert schließlich im Grundwasser. Die Chloridazon-Konzentrationen im Grundwasser liegen derzeit unter der Sicherheitsschwelle, aber da es in der Umwelt persistent ist, wird mit einem Anstieg gerechnet. "Wasserreinigungsanlagen können Chloridazon mit UV-Licht abbauen - aber die Abbauprodukte von Chloridazon sind auch giftig", erklärt Rudolf.

Rudolf hat eine Technik erworben, um gut definierte Nanokavitäten in Ton herzustellen, die sie angepasst hat, um das Herbizid einzufangen. Lehm ist ein Schichtmineral", erklärt Rudolf. Die Schichten haben eine negative Ladung und sind durch positive Ionen getrennt. Wir können diese durch molekulare Säulen unseres eigenen Designs ersetzen. Die natürlichen Tone werden zunächst gewaschen und dann mit Natriumsalzen behandelt. Das Natrium ersetzt die natürlichen positiven Ionen zwischen den Schichten. Diese Natriumionen sind von einem Wassermantel umgeben, der die Schichten etwas weiter auseinander drückt. Durch einfache Zugabe der Säulenmoleküle zum Wasser ersetzen sie das Natrium".

Diese Säulen bestehen in der Regel aus Siliziumoxid mit einer zusätzlichen chemischen Gruppe, die die Affinität der Hohlräume definiert. Rudolf: In diesem Fall haben wir Kupferionen hinzugefügt, um das Chloridazon und seine Abbauprodukte anzuziehen. Der funktionalisierte Ton absorbierte das Herbizid in signifikanten Mengen: fast 900 Milligramm pro Kilogramm Ton. Dies ist ein gutes Ergebnis, und wir sehen Spielraum für eine weitere Steigerung der Absorption. Darüber hinaus haben Rudolf und ihre Kollegen gezeigt, dass das Herbizid durch Erhitzen des Tons entfernt wird, der dann wieder verwendet werden kann.

Die ersten Ergebnisse wurden unter Verwendung der 10-fachen höchsten in der Umwelt gemessenen Chloridazonkonzentration erzielt. Außerdem wurden die Experimente in sauberem Wasser durchgeführt. Wir müssen dies also in echtem Grundwasser wiederholen, um zu sehen, ob andere Verbindungen die Absorption beeinflussen. Wenn alle diese Tests positive Ergebnisse liefern, stellt sich die nächste Frage, wie dieser Ton zu einem Produkt gemacht werden kann, das in der Wasseraufbereitung verwendet werden kann. Die Optionen sind, den Lehm dem Wasser hinzuzufügen und ihn dann durch Filtration zurückzugewinnen oder den Lehm in eine Membran einzubauen", erklärt Rudolf.

Durch Veränderung der Breite der Schlitze und der Affinität der Säulen konnten verschiedene chemische Verbindungen vom funktionalisierten Ton aufgefangen werden. Wir testen Systeme, um zwei weitere Verbindungen aus dem Wasser zu entfernen", sagt Rudolf. Darüber hinaus könnte ein ähnliches System mit anderen Schichtmaterialien, wie z.B. Graphenoxid, geschaffen werden.

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