27.04.2020 - National Research Council of Science & Technology (NST)

Adsorptionsmaterial aus PET-Flaschen für die Entfernung von Antibiotika aus Wasser

Poröser Kohlenstoffverbundwerkstoff in verschiedenen Bereichen einsetztbar

Südkorea mit seinem hohen Antibiotika-Einsatz wird als ein Land mit hohem Risiko für das Auftreten multiresistenter Bakterien, so genannter "Superbakterien", eingestuft. Nach Angaben des Umweltministeriums wurden antibiotische Substanzen in Tierkläranlagen, Kläranlagen und in Flüssen nachgewiesen.

Das Korea Institute of Science and Technology gab bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung der Forscher Jung Kyung-won und Choi Jae-woo am KIST-Forschungszentrum für den Wasserkreislauf ein hocheffizientes Adsorptionsmaterial unter Verwendung von PET-Abfallflaschen entwickelt hat. Das neue Material soll dazu beitragen, das Problem der Umweltgifte und antibiotikaresistenten Bakterien zu lösen, die durch das Austreten von Antibiotika ins Wasser entstehen.

Die derzeit bekannteste Methode zur wirksamen Entfernung von Antibiotika aus Wasser verwendet porösen Kohlenstoff-Verbundwerkstoff, der durch Pyrolyse metallorganischer Gerüste (MOF) synthetisiert wird. Poröse Kohlenstoffkomposite adsorbieren Antibiotika im Wasser und entfernen sie dadurch. Da der organische Ligand, der im Allgemeinen zur Synthese von MOF verwendet wird, jedoch sehr teuer ist, stellen die Kosten ein großes Hindernis für die weitverbreitete praktische Anwendung dieser Methode durch Massenproduktion dar.

Um eine kostengünstigere Lösung zu entwickeln, richtete das KIST-Forschungsteam sein Augenmerk auf die PET-Flaschen, die die Menschen in ihrem Alltag verwenden. PET ist eine hochmolekulare Verbindung, die durch Polymerisation von Ethylenglykol und Terephthalsäure gewonnen wird, wobei letztere als organischer Ligand für die Synthesen von MOF verwendet wird. Das KIST-Forschungsteam extrahierte den hochreinen organischen Liganden aus PET-Abfallflaschen und verwendete ihn zur Synthese eines hocheffizienten Adsorptionsmaterials, das Antibiotika auf umweltfreundliche und wirtschaftlich vorteilhafte Weise aus dem Wasser entfernen konnte.

Bei der Entwicklung dieses Adsorptionsmaterials wurde ein alkalischer Hydrolyseprozess verwendet, um eine Neutralisationsreaktion zu induzieren, die zur Herstellung einer hochreinen Terephthalsäure führte. Um die Effizienz des alkalischen Hydrolyseprozesses zu maximieren, hat das Forschungsteam einen ultraschallunterstützten Phasentransfer-Katalysatorprozess eingebaut. Durch die Optimierung dieses Prozesses konnte das Team erfolgreich 100% hochreine Terephthalsäure extrahieren, die sie dann zur Entwicklung eines porösen Kohlenstoffverbundwerkstoffs verwendeten. MOF auf Eisenbasis wurde als Vorläufer verwendet, um dem Adsorptionsmaterial Magnetismus zu verleihen. Auf diese Weise war das Team in der Lage, ein Ökomaterial zu entwickeln, das sich nach dem Adsorptionsprozess mit Hilfe eines externen Magnetfeldes leicht vom Gemisch trennen lässt.

Das KIST-Forschungsteam testete die Effizienz des porösen Kohlenstoffverbundmaterials im Hinblick auf seine Fähigkeit, "Tetrazyklin" oder das Antibiotikum, das zur Behandlung bakterieller Infektionen verwendet wird, aus dem Wasser zu adsorbieren. Die Tests zeigten, dass das neu entwickelte Material in der Lage war, unter allgemeinen Wasserbedingungen (pH 6) 100 % des Tetracyclins in etwa 90 Minuten zu entfernen, und zwar mit einer Adsorptionsrate von 671,14 mg/g, die der von zuvor entwickelten Adsorptionsmitteln überlegen ist. Um die Wiederverwendbarkeit des porösen Kohlenstoffkomposits zu beurteilen, wurde der Adsorptions-Desorptionsprozess fünfmal durchgeführt. Selbst nach wiederholter Verwendung behielt das Material 90% seiner Adsorptionseigenschaften bei, was auf ein hohes Maß an Stabilität und eine breite Anwendbarkeit für die Wasseraufbereitung hinweist.

Dr. Jung Kyung-won vom KIST sagte: "Dieser poröse Kohlenstoff-Verbundwerkstoff ist in einer Vielzahl von Wasseraufbereitungsbereichen einsetzbar, da er Kunststoffabfälle zur Vermeidung von Umweltverschmutzung verwendet und seine hohen Adsorptionseigenschaften auch nach wiederholtem Gebrauch beibehält. Dr. Choi Jae-woo vom KIST bemerkte auch: "Der poröse Kohlenstoffverbundwerkstoff, der im Rahmen dieser Forschung entwickelt wurde, ist in verschiedenen Bereichen anwendbar, von Ökomaterialien bis hin zu Energiematerialien, und ich gehe davon aus, dass er bald als Ökomaterial mit hohem Mehrwert angesehen werden wird.

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