19.05.2022 - University of Limerick

Neues Material kann giftige Schadstoffe aus der Luft "einfangen"

Das Material ist in der Lage, Spuren von Benzol aus der Luft abzuscheiden, und verbraucht dabei weniger Energie als bestehende Materialien

Forscher der Universität Limerick (Irland) haben ein neues Material entwickelt, das in der Lage ist, giftige Chemikalien aus der Luft aufzufangen.

Das Material ist in der Lage, Spuren von Benzol, einem giftigen Schadstoff, aus der Luft aufzufangen und verbraucht dabei weniger Energie als bestehende Materialien, so die Forscher.

Das schwammartige, poröse Material könnte die Suche nach sauberer Luft revolutionieren und einen bedeutenden Einfluss auf den Kampf gegen den Klimawandel haben, glauben die Forscher.

Professor Michael Zaworotko, Inhaber des Bernal-Lehrstuhls für Kristalltechnik und Forschungsprofessor der Science Foundation of Ireland am Bernal Institute der Universität Limerick, und seine Kollegen haben das neue Material entwickelt und die Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC) wie Benzol gehören zu den giftigen Schadstoffen, die schwere Umwelt- und Gesundheitsprobleme verursachen. Die Entwicklung von Technologien zur Entfernung von Benzol aus der Luft in Spurenkonzentrationen bei gleichzeitig geringem Energieaufwand ist eine Herausforderung, die bisher noch nicht bewältigt werden konnte.

"Es wurde eine Familie poröser Materialien - wie ein Schwamm - entwickelt, die Benzoldampf aus verschmutzter Luft auffangen und über einen langen Zeitraum einen sauberen Luftstrom erzeugen", erklärte Professor Zaworotko.

"Diese Materialien können durch leichte Erhitzung leicht regeneriert werden, was sie zu Kandidaten für die Luftreinigung und Umweltsanierung macht.

"Unsere Materialien sind sowohl in Bezug auf die Empfindlichkeit als auch auf die Verarbeitungszeit wesentlich besser als herkömmliche Materialien."

Professor Zaworotko und Dr. Xiang-Jing Kong vom Fachbereich Chemische Wissenschaften an der UL haben zusammen mit Kollegen von führenden Universitäten in China das neue poröse Material entwickelt, das eine so starke Affinität zu Benzol hat, dass es die giftige Chemikalie selbst dann einfängt, wenn sie nur zu einem Teil in 100.000 vorhanden ist.

Das Material ähnelt einem Schweizer Käse, denn es ist voller Löcher, und diese Löcher ziehen die Benzolmoleküle an, so die Forscher.

Da der Abscheidungsprozess auf physikalischer und nicht auf chemischer Bindung beruht, ist der Energieaufwand für die Abscheidung und Freisetzung viel geringer als bei früheren Materialgenerationen.

"Die Aufspaltung von Gasgemischen ist schwer zu bewerkstelligen. Dies gilt insbesondere für die kleinen Bestandteile der Luft, zu denen Kohlendioxid und Wasser gehören. Die Eigenschaften unseres neuen Materials zeigen, dass das Aufbrechen von Benzol nicht mehr schwierig ist", erklärte Professor Zaworotko.

Frühere Arbeiten aus dem Labor von Professor Zaworotko führten zu führenden Materialien für die Abscheidung von Kohlenstoff und das Sammeln von Wasser. Das Material, das Wasser auffängt, hat so günstige Eigenschaften für das Auffangen und Freisetzen von Wasser aus der Atmosphäre, dass es bereits in Luftentfeuchtungssystemen eingesetzt wird.

Dr. Xiang-Jing Kong erklärte: "Auf der Grundlage eines intelligenten Designs sind unsere Materialien in der Lage, sowohl technisch als auch gesellschaftlich relevante Herausforderungen zu bewältigen, wie z. B. die Entfernung von Benzolspuren aus der Luft. Dies ist für herkömmliche Materialien schwierig und unterstreicht somit den Charme poröser Materialien".

Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass eine neue Generation maßgeschneiderter poröser Materialien, wie sie bei UL erfunden wurden, einen allgemeinen Ansatz für die Abscheidung giftiger Chemikalien aus der Luft ermöglichen kann.

"Aromatische Isomere lassen sich in ihren Mischungen mit herkömmlichen Methoden, die immer energieintensiv sind, nur schwer abtrennen", erklärt Dr. Xiang-Jing Kong.

"Diese Forschungsarbeit eröffnet Möglichkeiten zur Entwicklung poröser Materialien für die effiziente Abtrennung dieser Chemikalien mit geringem Energieaufwand sowie für die Entfernung anderer Spurenschadstoffe aus der Luft."

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